sys/platform/pc64/x86_64/pmap.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
   3  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
   4  * Copyright (c) 1994 David Greenman
   5  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
   6  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
   7  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
   8  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
   9  * All rights reserved.
  10  *
  11  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
  12  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
  13  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
  14  *
  15  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  16  * modification, are permitted provided that the following conditions
  17  * are met:
  18  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  20  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  22  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  23  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  24  *    must display the following acknowledgement:
  25  *      This product includes software developed by the University of
  26  *      California, Berkeley and its contributors.
  27  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  28  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  29  *    without specific prior written permission.
  30  *
  31  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  32  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  33  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  34  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  35  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  36  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  37  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  38  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  39  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  40  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  41  * SUCH DAMAGE.
  42  *
  43  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
  44  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
  45  */
  46
  47 /*
  48  *      Manages physical address maps.
  49  *
  50  *      In addition to hardware address maps, this
  51  *      module is called upon to provide software-use-only
  52  *      maps which may or may not be stored in the same
  53  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
  54  *      used to store intermediate results from copy
  55  *      operations to and from address spaces.
  56  *
  57  *      Since the information managed by this module is
  58  *      also stored by the logical address mapping module,
  59  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
  60  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
  61  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
  62  *      requested.
  63  *
  64  *      In order to cope with hardware architectures which
  65  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
  66  *      this module may delay invalidate or reduced protection
  67  *      operations until such time as they are actually
  68  *      necessary.  This module is given full information as
  69  *      to which processors are currently using which maps,
  70  *      and to when physical maps must be made correct.
  71  */
  72
  73 #if JG
  74 #include "opt_disable_pse.h"
  75 #include "opt_pmap.h"
  76 #endif
  77 #include "opt_msgbuf.h"
  78
  79 #include <sys/param.h>
  80 #include <sys/systm.h>
  81 #include <sys/kernel.h>
  82 #include <sys/proc.h>
  83 #include <sys/msgbuf.h>
  84 #include <sys/vmmeter.h>
  85 #include <sys/mman.h>
  86
  87 #include <vm/vm.h>
  88 #include <vm/vm_param.h>
  89 #include <sys/sysctl.h>
  90 #include <sys/lock.h>
  91 #include <vm/vm_kern.h>
  92 #include <vm/vm_page.h>
  93 #include <vm/vm_map.h>
  94 #include <vm/vm_object.h>
  95 #include <vm/vm_extern.h>
  96 #include <vm/vm_pageout.h>
  97 #include <vm/vm_pager.h>
  98 #include <vm/vm_zone.h>
  99
 100 #include <sys/user.h>
 101 #include <sys/thread2.h>
 102 #include <sys/sysref2.h>
 103
 104 #include <machine/cputypes.h>
 105 #include <machine/md_var.h>
 106 #include <machine/specialreg.h>
 107 #include <machine/smp.h>
 108 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
 109 #include <machine/globaldata.h>
 110 #include <machine/pmap.h>
 111 #include <machine/pmap_inval.h>
 112
 113 #include <ddb/ddb.h>
 114
 115 #define PMAP_KEEP_PDIRS
 116 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
 117 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
 118 #endif
 119
 120 #if defined(DIAGNOSTIC)
 121 #define PMAP_DIAGNOSTIC
 122 #endif
 123
 124 #define MINPV 2048
 125
 126 /*
 127  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
 128  */
 129 static pd_entry_t *pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 130 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
 131
 132 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
 133 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
 134 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
 135 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
 136 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)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 struct pmap kernel_pmap;
 148 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
 149
 150 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
 151 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
 152 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
 153 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
 154 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
 155 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
 156 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
 157 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
 158 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
 159 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
 160
 161 static vm_object_t kptobj;
 162
 163 static int ndmpdp;
 164 static vm_paddr_t dmaplimit;
 165 static int nkpt;
 166 vm_offset_t kernel_vm_end;
 167
 168 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
 169 uint64_t                KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
 170 uint64_t                KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
 171
 172 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
 173 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
 174
 175 /*
 176  * Data for the pv entry allocation mechanism
 177  */
 178 static vm_zone_t pvzone;
 179 static struct vm_zone pvzone_store;
 180 static struct vm_object pvzone_obj;
 181 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
 182 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
 183 static struct pv_entry *pvinit;
 184
 185 /*
 186  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
 187  */
 188 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
 189 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
 190 static pt_entry_t *msgbufmap;
 191 struct msgbuf *msgbufp=0;
 192
 193 /*
 194  * Crashdump maps.
 195  */
 196 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
 197 static caddr_t crashdumpmap;
 198
 199 extern uint64_t KPTphys;
 200 extern pt_entry_t *SMPpt;
 201 extern uint64_t SMPptpa;
 202
 203 #define DISABLE_PSE
 204
 205 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
 206 static void i386_protection_init (void);
 207 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
 208 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
 209 static void pmap_enter_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
 210 static int  pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq,
 211                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
 212 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap,
 213                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
 214 static int  pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
 215                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
 216 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
 217 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
 218                                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
 219
 220 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 221
 222 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
 223 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex);
 224 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 225 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
 226 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
 227                                 pmap_inval_info_t info);
 228 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
 229 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
 230
 231 static unsigned pdir4mb;
 232
 233 /*
 234  * Move the kernel virtual free pointer to the next
 235  * 2MB.  This is used to help improve performance
 236  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
 237  * (.text, .data, .bss)
 238  */
 239 static
 240 vm_offset_t
 241 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
 242 {
 243         vm_offset_t newaddr = addr;
 244
 245         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
 246         return newaddr;
 247 }
 248
 249 /*
 250  * pmap_pte_quick:
 251  *
 252  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
 253  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
 254  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
 255  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
 256  *
 257  *      Should only be called while in a critical section.
 258  */
 259 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 260
 261 static
 262 pt_entry_t *
 263 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 264 {
 265         return pmap_pte(pmap, va);
 266 }
 267
 268 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
 269 static __inline
 270 vm_pindex_t
 271 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
 272 {
 273         return va >> PDRSHIFT;
 274 }
 275
 276 /* Return various clipped indexes for a given VA */
 277 static __inline
 278 vm_pindex_t
 279 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
 280 {
 281
 282         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
 283 }
 284
 285 static __inline
 286 vm_pindex_t
 287 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
 288 {
 289
 290         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
 291 }
 292
 293 static __inline
 294 vm_pindex_t
 295 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
 296 {
 297
 298         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
 299 }
 300
 301 static __inline
 302 vm_pindex_t
 303 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
 304 {
 305
 306         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
 307 }
 308
 309 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
 310 static __inline
 311 pml4_entry_t *
 312 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 313 {
 314
 315         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
 316 }
 317
 318 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
 319 static __inline
 320 pdp_entry_t *
 321 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
 322 {
 323         pdp_entry_t *pdpe;
 324
 325         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
 326         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
 327 }
 328
 329 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
 330 static __inline
 331 pdp_entry_t *
 332 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 333 {
 334         pml4_entry_t *pml4e;
 335
 336         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
 337         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
 338                 return NULL;
 339         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
 340 }
 341
 342 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
 343 static __inline
 344 pd_entry_t *
 345 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
 346 {
 347         pd_entry_t *pde;
 348
 349         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
 350         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
 351 }
 352
 353 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
 354 static __inline
 355 pd_entry_t *
 356 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 357 {
 358         pdp_entry_t *pdpe;
 359
 360         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
 361         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
 362                  return NULL;
 363         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
 364 }
 365
 366 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
 367 static __inline
 368 pt_entry_t *
 369 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
 370 {
 371         pt_entry_t *pte;
 372
 373         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
 374         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
 375 }
 376
 377 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
 378 static __inline
 379 pt_entry_t *
 380 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 381 {
 382         pd_entry_t *pde;
 383
 384         pde = pmap_pde(pmap, va);
 385         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
 386                 return NULL;
 387         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
 388                 return ((pt_entry_t *)pde);
 389         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
 390 }
 391
 392 static __inline
 393 pt_entry_t *
 394 vtopte(vm_offset_t va)
 395 {
 396         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 397
 398         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
 399 }
 400
 401 static __inline
 402 pd_entry_t *
 403 vtopde(vm_offset_t va)
 404 {
 405         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 406
 407         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
 408 }
 409
 410 static uint64_t
 411 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
 412 {
 413         uint64_t ret;
 414
 415         ret = *firstaddr;
 416         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
 417         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
 418         return (ret);
 419 }
 420
 421 static
 422 void
 423 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
 424 {
 425         int i;
 426
 427         /* we are running (mostly) V=P at this point */
 428
 429         /* Allocate pages */
 430         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
 431         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
 432         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
 433         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
 434
 435         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
 436         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
 437                 ndmpdp = 4;
 438         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
 439         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
 440                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
 441         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
 442
 443         /* Fill in the underlying page table pages */
 444         /* Read-only from zero to physfree */
 445         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
 446         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
 447                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
 448                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
 449         }
 450
 451         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
 452         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
 453                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
 454                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
 455         }
 456
 457         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
 458         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
 459         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
 460                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
 461                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
 462         }
 463
 464         /* And connect up the PD to the PDP */
 465         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
 466                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys +
 467                     (i << PAGE_SHIFT);
 468                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 469         }
 470
 471         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
 472         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
 473         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
 474                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
 475                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
 476                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
 477                             PG_G | PG_M | PG_A;
 478                 }
 479                 /* And the direct map space's PDP */
 480                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 481                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
 482                             (i << PAGE_SHIFT);
 483                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 484                 }
 485         } else {
 486                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 487                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
 488                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
 489                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
 490                             PG_G | PG_M | PG_A;
 491                 }
 492         }
 493
 494         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
 495         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
 496         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 497
 498         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
 499         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
 500         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 501
 502         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
 503         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
 504         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 505 }
 506
 507 void
 508 init_paging(vm_paddr_t *firstaddr)
 509 {
 510         create_pagetables(firstaddr);
 511 }
 512
 513 /*
 514  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
 515  *
 516  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
 517  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
 518  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
 519  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
 520  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
 521  *      (physical) address starting relative to 0]
 522  */
 523 void
 524 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
 525 {
 526         vm_offset_t va;
 527         pt_entry_t *pte;
 528         struct mdglobaldata *gd;
 529         int pg;
 530
 531         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 532         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 533         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
 534
 535         avail_start = *firstaddr;
 536
 537         /*
 538          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
 539          */
 540         create_pagetables(firstaddr);
 541
 542         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
 543         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
 544
 545         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 546
 547         /* XXX do %cr0 as well */
 548         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
 549         load_cr3(KPML4phys);
 550
 551         /*
 552          * Initialize protection array.
 553          */
 554         i386_protection_init();
 555
 556         /*
 557          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
 558          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
 559          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
 560          */
 561         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
 562         kernel_pmap.pm_count = 1;
 563         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1;  /* don't allow deactivation */
 564         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
 565         nkpt = NKPT;
 566
 567         /*
 568          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
 569          * mapping of pages.
 570          */
 571 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
 572         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
 573
 574         va = virtual_start;
 575 #ifdef JG
 576         pte = (pt_entry_t *) pmap_pte(&kernel_pmap, va);
 577 #else
 578         pte = vtopte(va);
 579 #endif
 580
 581         /*
 582          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
 583          */
 584         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
 585
 586         /*
 587          * Crashdump maps.
 588          */
 589         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
 590
 591         /*
 592          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
 593          * /dev/mem.
 594          */
 595         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
 596
 597         /*
 598          * msgbufp is used to map the system message buffer.
 599          * XXX msgbufmap is not used.
 600          */
 601         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
 602                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
 603
 604         virtual_start = va;
 605
 606         *CMAP1 = 0;
 607
 608         /*
 609          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
 610          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
 611          * works under UP because self-referential page table mappings
 612          */
 613 #ifdef SMP
 614         pgeflag = 0;
 615 #else
 616         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
 617                 pgeflag = PG_G;
 618 #endif
 619
 620 /*
 621  * Initialize the 4MB page size flag
 622  */
 623         pseflag = 0;
 624 /*
 625  * The 4MB page version of the initial
 626  * kernel page mapping.
 627  */
 628         pdir4mb = 0;
 629
 630 #if !defined(DISABLE_PSE)
 631         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
 632                 pt_entry_t ptditmp;
 633                 /*
 634                  * Note that we have enabled PSE mode
 635                  */
 636                 pseflag = PG_PS;
 637                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
 638                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
 639                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
 640                 pdir4mb = ptditmp;
 641
 642 #ifndef SMP
 643                 /*
 644                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
 645                  * now because the APs will not be able to use it when
 646                  * they boot up.
 647                  */
 648                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
 649
 650                 /*
 651                  * We can do the mapping here for the single processor
 652                  * case.  We simply ignore the old page table page from
 653                  * now on.
 654                  */
 655                 /*
 656                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
 657                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
 658                  */
 659                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
 660                 cpu_invltlb();
 661 #endif
 662         }
 663 #endif
 664 #ifdef SMP
 665         if (cpu_apic_address == 0)
 666                 panic("pmap_bootstrap: no local apic!");
 667 #endif
 668
 669         /*
 670          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
 671          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
 672          * portion.
 673          */
 674         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
 675         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
 676         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
 677         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
 678         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
 679         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
 680         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
 681         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
 682         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
 683         gd->gd_PADDR1 = (pt_entry_t *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
 684
 685         cpu_invltlb();
 686 }
 687
 688 #ifdef SMP
 689 /*
 690  * Set 4mb pdir for mp startup
 691  */
 692 void
 693 pmap_set_opt(void)
 694 {
 695         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
 696                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
 697                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
 698                         cpu_invltlb();
 699                 }
 700         }
 701 }
 702 #endif
 703
 704 /*
 705  *      Initialize the pmap module.
 706  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
 707  *      system needs to map virtual memory.
 708  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
 709  *      way, discontiguous physical memory.
 710  */
 711 void
 712 pmap_init(void)
 713 {
 714         int i;
 715         int initial_pvs;
 716
 717         /*
 718          * object for kernel page table pages
 719          */
 720         /* JG I think the number can be arbitrary */
 721         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, 5);
 722
 723         /*
 724          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
 725          * pv_head_table.
 726          */
 727
 728         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
 729                 vm_page_t m;
 730
 731                 m = &vm_page_array[i];
 732                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
 733                 m->md.pv_list_count = 0;
 734         }
 735
 736         /*
 737          * init the pv free list
 738          */
 739         initial_pvs = vm_page_array_size;
 740         if (initial_pvs < MINPV)
 741                 initial_pvs = MINPV;
 742         pvzone = &pvzone_store;
 743         pvinit = (struct pv_entry *) kmem_alloc(&kernel_map,
 744                 initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
 745         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry), pvinit,
 746                 initial_pvs);
 747
 748         /*
 749          * Now it is safe to enable pv_table recording.
 750          */
 751         pmap_initialized = TRUE;
 752 #ifdef SMP
 753         lapic = pmap_mapdev_uncacheable(cpu_apic_address, sizeof(struct LAPIC));
 754 #endif
 755 }
 756
 757 /*
 758  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
 759  * high water mark so that the system can recover from excessive
 760  * numbers of pv entries.
 761  */
 762 void
 763 pmap_init2(void)
 764 {
 765         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
 766
 767         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
 768         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
 769         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
 770         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
 771         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, pv_entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
 772 }
 773
 774
 775 /***************************************************
 776  * Low level helper routines.....
 777  ***************************************************/
 778
 779 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
 780
 781 /*
 782  * This code checks for non-writeable/modified pages.
 783  * This should be an invalid condition.
 784  */
 785 static
 786 int
 787 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
 788 {
 789         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
 790                 return 1;
 791         else
 792                 return 0;
 793 }
 794 #endif
 795
 796
 797 /*
 798  * this routine defines the region(s) of memory that should
 799  * not be tested for the modified bit.
 800  */
 801 static __inline
 802 int
 803 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
 804 {
 805         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva))
 806                 return 1;
 807         else
 808                 return 0;
 809 }
 810
 811 /*
 812  * pmap_extract:
 813  *
 814  *      Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
 815  *
 816  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
 817  *      not kernel_pmap.
 818  */
 819 vm_paddr_t
 820 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 821 {
 822         vm_paddr_t rtval;
 823         pt_entry_t *pte;
 824         pd_entry_t pde, *pdep;
 825
 826         rtval = 0;
 827         pdep = pmap_pde(pmap, va);
 828         if (pdep != NULL) {
 829                 pde = *pdep;
 830                 if (pde) {
 831                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
 832                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
 833                         } else {
 834                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
 835                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
 836                         }
 837                 }
 838         }
 839         return rtval;
 840 }
 841
 842 /*
 843  *      Routine:        pmap_kextract
 844  *      Function:
 845  *              Extract the physical page address associated
 846  *              kernel virtual address.
 847  */
 848 vm_paddr_t
 849 pmap_kextract(vm_offset_t va)
 850 {
 851         pd_entry_t pde;
 852         vm_paddr_t pa;
 853
 854         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
 855                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
 856         } else {
 857                 pde = *vtopde(va);
 858                 if (pde & PG_PS) {
 859                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
 860                 } else {
 861                         /*
 862                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
 863                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
 864                          * be used to access the PTE because it would use the
 865                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
 866                          * because the page table page is preserved by the
 867                          * promotion.
 868                          */
 869                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
 870                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
 871                 }
 872         }
 873         return pa;
 874 }
 875
 876 /***************************************************
 877  * Low level mapping routines.....
 878  ***************************************************/
 879
 880 /*
 881  * Routine: pmap_kenter
 882  * Function:
 883  *      Add a wired page to the KVA
 884  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
 885  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
 886  */
 887 void
 888 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
 889 {
 890         pt_entry_t *pte;
 891         pt_entry_t npte;
 892         pmap_inval_info info;
 893
 894         pmap_inval_init(&info);
 895         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
 896         pte = vtopte(va);
 897         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
 898         *pte = npte;
 899         pmap_inval_flush(&info);
 900 }
 901
 902 /*
 903  * Routine: pmap_kenter_quick
 904  * Function:
 905  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
 906  *      mapping on the current CPU.
 907  */
 908 void
 909 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
 910 {
 911         pt_entry_t *pte;
 912         pt_entry_t npte;
 913
 914         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
 915         pte = vtopte(va);
 916         *pte = npte;
 917         cpu_invlpg((void *)va);
 918 }
 919
 920 void
 921 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
 922 {
 923         pmap_inval_info info;
 924
 925         pmap_inval_init(&info);
 926         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
 927         pmap_inval_flush(&info);
 928 }
 929
 930 void
 931 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
 932 {
 933         cpu_invlpg((void *)va);
 934 }
 935
 936 /*
 937  * remove a page from the kernel pagetables
 938  */
 939 void
 940 pmap_kremove(vm_offset_t va)
 941 {
 942         pt_entry_t *pte;
 943         pmap_inval_info info;
 944
 945         pmap_inval_init(&info);
 946         pte = vtopte(va);
 947         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
 948         *pte = 0;
 949         pmap_inval_flush(&info);
 950 }
 951
 952 void
 953 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
 954 {
 955         pt_entry_t *pte;
 956         pte = vtopte(va);
 957         *pte = 0;
 958         cpu_invlpg((void *)va);
 959 }
 960
 961 /*
 962  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
 963  */
 964 void
 965 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
 966 {
 967         *vtopte(va) |= PG_RW;
 968         cpu_invlpg((void *)va);
 969 }
 970
 971 void
 972 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
 973 {
 974         *vtopte(va) |= PG_N;
 975         cpu_invlpg((void *)va);
 976 }
 977
 978 /*
 979  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
 980  *      virtual address space.
 981  *
 982  *      For now, VM is already on, we only need to map the
 983  *      specified memory.
 984  */
 985 vm_offset_t
 986 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
 987 {
 988         return PHYS_TO_DMAP(start);
 989 }
 990
 991
 992 /*
 993  * Add a list of wired pages to the kva
 994  * this routine is only used for temporary
 995  * kernel mappings that do not need to have
 996  * page modification or references recorded.
 997  * Note that old mappings are simply written
 998  * over.  The page *must* be wired.
 999  */
1000 void
1001 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1002 {
1003         vm_offset_t end_va;
1004
1005         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1006
1007         while (va < end_va) {
1008                 pt_entry_t *pte;
1009
1010                 pte = vtopte(va);
1011                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1012                 cpu_invlpg((void *)va);
1013                 va += PAGE_SIZE;
1014                 m++;
1015         }
1016 #ifdef SMP
1017         smp_invltlb();  /* XXX */
1018 #endif
1019 }
1020
1021 void
1022 pmap_qenter2(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count, cpumask_t *mask)
1023 {
1024         vm_offset_t end_va;
1025         cpumask_t cmask = mycpu->gd_cpumask;
1026
1027         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1028
1029         while (va < end_va) {
1030                 pt_entry_t *pte;
1031                 pt_entry_t pteval;
1032
1033                 /*
1034                  * Install the new PTE.  If the pte changed from the prior
1035                  * mapping we must reset the cpu mask and invalidate the page.
1036                  * If the pte is the same but we have not seen it on the
1037                  * current cpu, invlpg the existing mapping.  Otherwise the
1038                  * entry is optimal and no invalidation is required.
1039                  */
1040                 pte = vtopte(va);
1041                 pteval = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1042                 if (*pte != pteval) {
1043                         *mask = 0;
1044                         *pte = pteval;
1045                         cpu_invlpg((void *)va);
1046                 } else if ((*mask & cmask) == 0) {
1047                         cpu_invlpg((void *)va);
1048                 }
1049                 va += PAGE_SIZE;
1050                 m++;
1051         }
1052         *mask |= cmask;
1053 }
1054
1055 /*
1056  * This routine jerks page mappings from the
1057  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1058  *
1059  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1060  */
1061 void
1062 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1063 {
1064         vm_offset_t end_va;
1065
1066         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1067
1068         while (va < end_va) {
1069                 pt_entry_t *pte;
1070
1071                 pte = vtopte(va);
1072                 *pte = 0;
1073                 cpu_invlpg((void *)va);
1074                 va += PAGE_SIZE;
1075         }
1076 #ifdef SMP
1077         smp_invltlb();
1078 #endif
1079 }
1080
1081 /*
1082  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
1083  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
1084  *
1085  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
1086  * the call should be made with a critical section held so the page's object
1087  * association remains valid on return.
1088  */
1089 static
1090 vm_page_t
1091 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1092 {
1093         vm_page_t m;
1094
1095         do {
1096                 m = vm_page_lookup(object, pindex);
1097         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"));
1098
1099         return(m);
1100 }
1101
1102 /*
1103  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1104  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1105  */
1106 void
1107 pmap_init_thread(thread_t td)
1108 {
1109         /* enforce pcb placement */
1110         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1111         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1112         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16; /* JG is -16 needed on x86_64? */
1113 }
1114
1115 /*
1116  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1117  */
1118 void
1119 pmap_init_proc(struct proc *p)
1120 {
1121 }
1122
1123 /*
1124  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1125  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1126  */
1127 void
1128 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1129 {
1130         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1131 }
1132
1133 /***************************************************
1134  * Page table page management routines.....
1135  ***************************************************/
1136
1137 /*
1138  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1139  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1140  */
1141 static __inline
1142 int
1143 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1144                      pmap_inval_info_t info)
1145 {
1146         KKASSERT(m->hold_count > 0);
1147         if (m->hold_count > 1) {
1148                 vm_page_unhold(m);
1149                 return 0;
1150         } else {
1151                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, info);
1152         }
1153 }
1154
1155 static
1156 int
1157 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1158                       pmap_inval_info_t info)
1159 {
1160         /*
1161          * Wait until we can busy the page ourselves.  We cannot have
1162          * any active flushes if we block.  We own one hold count on the
1163          * page so it cannot be freed out from under us.
1164          */
1165         if (m->flags & PG_BUSY) {
1166                 pmap_inval_flush(info);
1167                 while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
1168                         ;
1169         }
1170         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1171                 ("_pmap_unwire_pte_hold: %p->queue != PQ_NONE", m));
1172
1173         /*
1174          * This case can occur if new references were acquired while
1175          * we were blocked.
1176          */
1177         if (m->hold_count > 1) {
1178                 KKASSERT(m->hold_count > 1);
1179                 vm_page_unhold(m);
1180                 return 0;
1181         }
1182
1183         /*
1184          * Unmap the page table page
1185          */
1186         KKASSERT(m->hold_count == 1);
1187         vm_page_busy(m);
1188         pmap_inval_add(info, pmap, -1);
1189
1190         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1191                 /* PDP page */
1192                 pml4_entry_t *pml4;
1193                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1194                 *pml4 = 0;
1195         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1196                 /* PD page */
1197                 pdp_entry_t *pdp;
1198                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1199                 *pdp = 0;
1200         } else {
1201                 /* PT page */
1202                 pd_entry_t *pd;
1203                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1204                 *pd = 0;
1205         }
1206
1207         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1208         --pmap->pm_stats.resident_count;
1209
1210         if (pmap->pm_ptphint == m)
1211                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1212
1213         if (m->pindex < NUPDE) {
1214                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1215                 vm_page_t pdpg;
1216
1217                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1218                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, info);
1219         }
1220         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1221                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1222                 vm_page_t pdppg;
1223
1224                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1225                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, info);
1226         }
1227
1228         /*
1229          * This was our last hold, the page had better be unwired
1230          * after we decrement wire_count.
1231          *
1232          * FUTURE NOTE: shared page directory page could result in
1233          * multiple wire counts.
1234          */
1235         vm_page_unhold(m);
1236         --m->wire_count;
1237         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1238         --vmstats.v_wire_count;
1239         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1240         vm_page_flash(m);
1241         vm_page_free_zero(m);
1242
1243         return 1;
1244 }
1245
1246 /*
1247  * After removing a page table entry, this routine is used to
1248  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1249  */
1250 static
1251 int
1252 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1253                 pmap_inval_info_t info)
1254 {
1255         vm_pindex_t ptepindex;
1256
1257         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS)
1258                 return 0;
1259
1260         if (mpte == NULL) {
1261                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1262 #if JGHINT
1263                 if (pmap->pm_ptphint &&
1264                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1265                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1266                 } else {
1267 #endif
1268                         pmap_inval_flush(info);
1269                         mpte = pmap_page_lookup(pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1270                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1271 #if JGHINT
1272                 }
1273 #endif
1274         }
1275         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, info);
1276 }
1277
1278 /*
1279  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1280  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1281  *
1282  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1283  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1284  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1285  */
1286 void
1287 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1288 {
1289         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1290         pmap->pm_count = 1;
1291         pmap->pm_active = 0;
1292         pmap->pm_ptphint = NULL;
1293         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1294         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1295 }
1296
1297 /*
1298  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1299  * such as one in a vmspace structure.
1300  */
1301 void
1302 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1303 {
1304         vm_page_t ptdpg;
1305
1306         /*
1307          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1308          * page directory table.
1309          */
1310         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1311                 pmap->pm_pml4 =
1312                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1313         }
1314
1315         /*
1316          * Allocate an object for the ptes
1317          */
1318         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1319                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I + 1);
1320
1321         /*
1322          * Allocate the page directory page, unless we already have
1323          * one cached.  If we used the cached page the wire_count will
1324          * already be set appropriately.
1325          */
1326         if ((ptdpg = pmap->pm_pdirm) == NULL) {
1327                 ptdpg = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I,
1328                                      VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1329                 pmap->pm_pdirm = ptdpg;
1330                 vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY);
1331                 ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1332                 if (ptdpg->wire_count == 0)
1333                         ++vmstats.v_wire_count;
1334                 ptdpg->wire_count = 1;
1335                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1336         }
1337         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1338                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1339
1340         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1341         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1342
1343         /* install self-referential address mapping entry */
1344         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1345
1346         pmap->pm_count = 1;
1347         pmap->pm_active = 0;
1348         pmap->pm_ptphint = NULL;
1349         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1350         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1351         pmap->pm_stats.resident_count = 1;
1352 }
1353
1354 /*
1355  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1356  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1357  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1358  * of cleanup work to do here.
1359  */
1360 void
1361 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1362 {
1363         vm_page_t p;
1364
1365         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1366         if ((p = pmap->pm_pdirm) != NULL) {
1367                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != NULL);
1368                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1369                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1370                 p->wire_count--;
1371                 vmstats.v_wire_count--;
1372                 KKASSERT((p->flags & PG_BUSY) == 0);
1373                 vm_page_busy(p);
1374                 vm_page_free_zero(p);
1375                 pmap->pm_pdirm = NULL;
1376         }
1377         if (pmap->pm_pml4) {
1378                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1379                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1380                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1381         }
1382         if (pmap->pm_pteobj) {
1383                 vm_object_deallocate(pmap->pm_pteobj);
1384                 pmap->pm_pteobj = NULL;
1385         }
1386 }
1387
1388 /*
1389  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1390  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1391  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1392  * then copies the template.
1393  */
1394 void
1395 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1396 {
1397         crit_enter();
1398         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1399         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1400         crit_exit();
1401 }
1402
1403 /*
1404  * Attempt to release and free a vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1405  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1406  *
1407  * When asked to remove the page directory page itself, we actually just
1408  * leave it cached so we do not have to incur the SMP inval overhead of
1409  * removing the kernel mapping.  pmap_puninit() will take care of it.
1410  */
1411 static
1412 int
1413 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1414 {
1415         /*
1416          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1417          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1418          * might as well be placed directly into the zero queue.
1419          */
1420         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1421                 return 0;
1422
1423         vm_page_busy(p);
1424
1425         /*
1426          * Remove the page table page from the processes address space.
1427          */
1428         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1429                 /*
1430                  * We are the pml4 table itself.
1431                  */
1432                 /* XXX anything to do here? */
1433         } else if (p->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1434                 /*
1435                  * Remove a PDP page from the PML4.  We do not maintain
1436                  * hold counts on the PML4 page.
1437                  */
1438                 pml4_entry_t *pml4;
1439                 vm_page_t m4;
1440                 int idx;
1441
1442                 m4 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I);
1443                 KKASSERT(m4 != NULL);
1444                 pml4 = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m4));
1445                 idx = (p->pindex - (NUPDE + NUPDPE)) % NPML4EPG;
1446                 KKASSERT(pml4[idx] != 0);
1447                 pml4[idx] = 0;
1448         } else if (p->pindex >= NUPDE) {
1449                 /*
1450                  * Remove a PD page from the PDP and drop the hold count
1451                  * on the PDP.  The PDP is left cached in the pmap if
1452                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1453                  * intact.
1454                  */
1455                 vm_page_t m3;
1456                 pdp_entry_t *pdp;
1457                 int idx;
1458
1459                 m3 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1460                                 NUPDE + NUPDPE + (p->pindex - NUPDE) / NPDPEPG);
1461                 KKASSERT(m3 != NULL);
1462                 pdp = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m3));
1463                 idx = (p->pindex - NUPDE) % NPDPEPG;
1464                 KKASSERT(pdp[idx] != 0);
1465                 pdp[idx] = 0;
1466                 m3->hold_count--;
1467         } else {
1468                 /*
1469                  * Remove a PT page from the PD and drop the hold count
1470                  * on the PD.  The PD is left cached in the pmap if
1471                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1472                  * intact.
1473                  */
1474                 vm_page_t m2;
1475                 pd_entry_t *pd;
1476                 int idx;
1477
1478                 m2 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1479                                     NUPDE + p->pindex / NPDEPG);
1480                 KKASSERT(m2 != NULL);
1481                 pd = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m2));
1482                 idx = p->pindex % NPDEPG;
1483                 pd[idx] = 0;
1484                 m2->hold_count--;
1485         }
1486
1487         /*
1488          * One fewer mappings in the pmap.  p's hold count had better
1489          * be zero.
1490          */
1491         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1492         --pmap->pm_stats.resident_count;
1493         if (p->hold_count)
1494                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1495         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1496                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1497
1498         /*
1499          * We leave the top-level page table page cached, wired, and mapped in
1500          * the pmap until the dtor function (pmap_puninit()) gets called.
1501          * However, still clean it up so we can set PG_ZERO.
1502          */
1503         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1504                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1505                 vm_page_flag_set(p, PG_ZERO);
1506                 vm_page_wakeup(p);
1507         } else {
1508                 p->wire_count--;
1509                 KKASSERT(p->wire_count == 0);
1510                 vmstats.v_wire_count--;
1511                 /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1512                 vm_page_free(p);
1513         }
1514         return 1;
1515 }
1516
1517 /*
1518  * This routine is called when various levels in the page table need to
1519  * be populated.  This routine cannot fail.
1520  */
1521 static
1522 vm_page_t
1523 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex)
1524 {
1525         vm_page_t m;
1526
1527         /*
1528          * Find or fabricate a new pagetable page.  This will busy the page.
1529          */
1530         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1531                          VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1532         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1533                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1534         }
1535
1536         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1537                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1538
1539         /*
1540          * Increment the hold count for the page we will be returning to
1541          * the caller.
1542          */
1543         m->hold_count++;
1544         if (m->wire_count++ == 0)
1545                 vmstats.v_wire_count++;
1546
1547         /*
1548          * Map the pagetable page into the process address space, if
1549          * it isn't already there.
1550          *
1551          * It is possible that someone else got in and mapped the page
1552          * directory page while we were blocked, if so just unbusy and
1553          * return the held page.
1554          */
1555         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1556                 /*
1557                  * Wire up a new PDP page in the PML4
1558                  */
1559                 vm_pindex_t pml4index;
1560                 pml4_entry_t *pml4;
1561
1562                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1563                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1564                 if (*pml4 & PG_V) {
1565                         if (--m->wire_count == 0)
1566                                 --vmstats.v_wire_count;
1567                         vm_page_wakeup(m);
1568                         return(m);
1569                 }
1570                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1571         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1572                 /*
1573                  * Wire up a new PD page in the PDP
1574                  */
1575                 vm_pindex_t pml4index;
1576                 vm_pindex_t pdpindex;
1577                 vm_page_t pdppg;
1578                 pml4_entry_t *pml4;
1579                 pdp_entry_t *pdp;
1580
1581                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1582                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1583
1584                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1585                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1586                         /*
1587                          * Have to allocate a new PDP page, recurse.
1588                          * This always succeeds.  Returned page will
1589                          * be held.
1590                          */
1591                         pdppg = _pmap_allocpte(pmap,
1592                                                NUPDE + NUPDPE + pml4index);
1593                 } else {
1594                         /*
1595                          * Add a held reference to the PDP page.
1596                          */
1597                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1598                         pdppg->hold_count++;
1599                 }
1600
1601                 /*
1602                  * Now find the pdp_entry and map the PDP.  If the PDP
1603                  * has already been mapped unwind and return the
1604                  * already-mapped PDP held.
1605                  *
1606                  * pdppg is left held (hold_count is incremented for
1607                  * each PD in the PDP).
1608                  */
1609                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1610                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1611                 if (*pdp & PG_V) {
1612                         vm_page_unhold(pdppg);
1613                         if (--m->wire_count == 0)
1614                                 --vmstats.v_wire_count;
1615                         vm_page_wakeup(m);
1616                         return(m);
1617                 }
1618                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1619         } else {
1620                 /*
1621                  * Wire up the new PT page in the PD
1622                  */
1623                 vm_pindex_t pml4index;
1624                 vm_pindex_t pdpindex;
1625                 pml4_entry_t *pml4;
1626                 pdp_entry_t *pdp;
1627                 pd_entry_t *pd;
1628                 vm_page_t pdpg;
1629
1630                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1631                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1632
1633                 /*
1634                  * Locate the PDP page in the PML4, then the PD page in
1635                  * the PDP.  If either does not exist we simply recurse
1636                  * to allocate them.
1637                  *
1638                  * We can just recurse on the PD page as it will recurse
1639                  * on the PDP if necessary.
1640                  */
1641                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1642                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1643                         pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1644                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1645                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1646                 } else {
1647                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1648                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1649                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1650                                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1651                         } else {
1652                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1653                                 pdpg->hold_count++;
1654                         }
1655                 }
1656
1657                 /*
1658                  * Now fill in the pte in the PD.  If the pte already exists
1659                  * (again, if we raced the grab), unhold pdpg and unwire
1660                  * m, returning a held m.
1661                  *
1662                  * pdpg is left held (hold_count is incremented for
1663                  * each PT in the PD).
1664                  */
1665                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1666                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1667                 if (*pd != 0) {
1668                         vm_page_unhold(pdpg);
1669                         if (--m->wire_count == 0)
1670                                 --vmstats.v_wire_count;
1671                         vm_page_wakeup(m);
1672                         return(m);
1673                 }
1674                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1675         }
1676
1677         /*
1678          * We successfully loaded a PDP, PD, or PTE.  Set the page table hint,
1679          * valid bits, mapped flag, unbusy, and we're done.
1680          */
1681         pmap->pm_ptphint = m;
1682         ++pmap->pm_stats.resident_count;
1683
1684         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1685         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1686         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1687         vm_page_wakeup(m);
1688
1689         return (m);
1690 }
1691
1692 static
1693 vm_page_t
1694 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1695 {
1696         vm_pindex_t ptepindex;
1697         pd_entry_t *pd;
1698         vm_page_t m;
1699
1700         /*
1701          * Calculate pagetable page index
1702          */
1703         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1704
1705         /*
1706          * Get the page directory entry
1707          */
1708         pd = pmap_pde(pmap, va);
1709
1710         /*
1711          * This supports switching from a 2MB page to a
1712          * normal 4K page.
1713          */
1714         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1715                 panic("no promotion/demotion yet");
1716                 *pd = 0;
1717                 pd = NULL;
1718                 cpu_invltlb();
1719                 smp_invltlb();
1720         }
1721
1722         /*
1723          * If the page table page is mapped, we just increment the
1724          * hold count, and activate it.
1725          */
1726         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1727                 /* YYY hint is used here on i386 */
1728                 m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1729                 pmap->pm_ptphint = m;
1730                 m->hold_count++;
1731                 return m;
1732         }
1733         /*
1734          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1735          */
1736         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1737 }
1738
1739
1740 /***************************************************
1741  * Pmap allocation/deallocation routines.
1742  ***************************************************/
1743
1744 /*
1745  * Release any resources held by the given physical map.
1746  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1747  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1748  */
1749 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1750
1751 void
1752 pmap_release(struct pmap *pmap)
1753 {
1754         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1755         struct rb_vm_page_scan_info info;
1756
1757         KASSERT(pmap->pm_active == 0, ("pmap still active! %08x", pmap->pm_active));
1758 #if defined(DIAGNOSTIC)
1759         if (object->ref_count != 1)
1760                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1761 #endif
1762
1763         info.pmap = pmap;
1764         info.object = object;
1765         crit_enter();
1766         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1767         crit_exit();
1768
1769         do {
1770                 crit_enter();
1771                 info.error = 0;
1772                 info.mpte = NULL;
1773                 info.limit = object->generation;
1774
1775                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL,
1776                                         pmap_release_callback, &info);
1777                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1778                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1779                                 info.error = 1;
1780                 }
1781                 crit_exit();
1782         } while (info.error);
1783 }
1784
1785 static
1786 int
1787 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1788 {
1789         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1790
1791         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1792                 info->mpte = p;
1793                 return(0);
1794         }
1795         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1796                 info->error = 1;
1797                 return(-1);
1798         }
1799         if (info->object->generation != info->limit) {
1800                 info->error = 1;
1801                 return(-1);
1802         }
1803         return(0);
1804 }
1805
1806 /*
1807  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1808  */
1809 void
1810 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1811 {
1812         vm_paddr_t paddr;
1813         vm_offset_t ptppaddr;
1814         vm_page_t nkpg;
1815         pd_entry_t *pde, newpdir;
1816         pdp_entry_t newpdp;
1817
1818         crit_enter();
1819         if (kernel_vm_end == 0) {
1820                 kernel_vm_end = KERNBASE;
1821                 nkpt = 0;
1822                 while ((*pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1823                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1824                         nkpt++;
1825                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1826                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1827                                 break;
1828                         }
1829                 }
1830         }
1831         addr = roundup2(addr, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1832         if (addr - 1 >= kernel_map.max_offset)
1833                 addr = kernel_map.max_offset;
1834         while (kernel_vm_end < addr) {
1835                 pde = pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end);
1836                 if (pde == NULL) {
1837                         /* We need a new PDP entry */
1838                         nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1839                                              VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM
1840                                              | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1841                         if (nkpg == NULL)
1842                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1843                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1844                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1845                                 pmap_zero_page(paddr);
1846                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1847                         newpdp = (pdp_entry_t)
1848                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1849                         *pmap_pdpe(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdp;
1850                         nkpt++;
1851                         continue; /* try again */
1852                 }
1853                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1854                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1855                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1856                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1857                                 break;
1858                         }
1859                         continue;
1860                 }
1861
1862                 /*
1863                  * This index is bogus, but out of the way
1864                  */
1865                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1866                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1867                 if (nkpg == NULL)
1868                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1869
1870                 vm_page_wire(nkpg);
1871                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1872                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1873                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1874                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1875                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1876                 nkpt++;
1877
1878                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1879                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1880                         kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1881                         break;
1882                 }
1883         }
1884         crit_exit();
1885 }
1886
1887 /*
1888  *      Retire the given physical map from service.
1889  *      Should only be called if the map contains
1890  *      no valid mappings.
1891  */
1892 void
1893 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1894 {
1895         int count;
1896
1897         if (pmap == NULL)
1898                 return;
1899
1900         count = --pmap->pm_count;
1901         if (count == 0) {
1902                 pmap_release(pmap);
1903                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1904         }
1905 }
1906
1907 /*
1908  *      Add a reference to the specified pmap.
1909  */
1910 void
1911 pmap_reference(pmap_t pmap)
1912 {
1913         if (pmap != NULL) {
1914                 pmap->pm_count++;
1915         }
1916 }
1917
1918 /***************************************************
1919 * page management routines.
1920  ***************************************************/
1921
1922 /*
1923  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
1924  * called from an interrupt.
1925  */
1926 static __inline
1927 void
1928 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1929 {
1930         pv_entry_count--;
1931         KKASSERT(pv_entry_count >= 0);
1932         zfree(pvzone, pv);
1933 }
1934
1935 /*
1936  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1937  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
1938  */
1939 static
1940 pv_entry_t
1941 get_pv_entry(void)
1942 {
1943         pv_entry_count++;
1944         if (pv_entry_high_water &&
1945                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
1946                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
1947                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
1948                 wakeup(&vm_pages_needed);
1949         }
1950         return zalloc(pvzone);
1951 }
1952
1953 /*
1954  * This routine is very drastic, but can save the system
1955  * in a pinch.
1956  */
1957 void
1958 pmap_collect(void)
1959 {
1960         int i;
1961         vm_page_t m;
1962         static int warningdone=0;
1963
1964         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
1965                 return;
1966
1967         if (warningdone < 5) {
1968                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
1969                 warningdone++;
1970         }
1971
1972         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1973                 m = &vm_page_array[i];
1974                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
1975                     (m->flags & PG_BUSY))
1976                         continue;
1977                 pmap_remove_all(m);
1978         }
1979         pmap_pagedaemon_waken = 0;
1980 }
1981
1982
1983 /*
1984  * If it is the first entry on the list, it is actually
1985  * in the header and we must copy the following entry up
1986  * to the header.  Otherwise we must search the list for
1987  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
1988  */
1989 static
1990 int
1991 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
1992                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1993 {
1994         pv_entry_t pv;
1995         int rtval;
1996
1997         crit_enter();
1998         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
1999                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2000                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va)
2001                                 break;
2002                 }
2003         } else {
2004                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
2005                         if (va == pv->pv_va)
2006                                 break;
2007                 }
2008         }
2009
2010         rtval = 0;
2011         KKASSERT(pv);
2012
2013         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2014         m->md.pv_list_count--;
2015         KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2016         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2017                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2018         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2019         ++pmap->pm_generation;
2020         rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
2021         free_pv_entry(pv);
2022
2023         crit_exit();
2024         return rtval;
2025 }
2026
2027 /*
2028  * Create a pv entry for page at pa for
2029  * (pmap, va).
2030  */
2031 static
2032 void
2033 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
2034 {
2035         pv_entry_t pv;
2036
2037         crit_enter();
2038         pv = get_pv_entry();
2039         pv->pv_va = va;
2040         pv->pv_pmap = pmap;
2041         pv->pv_ptem = mpte;
2042
2043         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2044         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2045         ++pmap->pm_generation;
2046         m->md.pv_list_count++;
2047
2048         crit_exit();
2049 }
2050
2051 /*
2052  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2053  */
2054 static
2055 int
2056 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2057         pmap_inval_info_t info)
2058 {
2059         pt_entry_t oldpte;
2060         vm_page_t m;
2061
2062         pmap_inval_add(info, pmap, va);
2063         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2064         if (oldpte & PG_W)
2065                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2066         /*
2067          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2068          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
2069          * the SMP case.
2070          */
2071         if (oldpte & PG_G)
2072                 cpu_invlpg((void *)va);
2073         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2074         --pmap->pm_stats.resident_count;
2075         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2076                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
2077                 if (oldpte & PG_M) {
2078 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2079                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
2080                                 kprintf(
2081         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2082                                     va, oldpte);
2083                         }
2084 #endif
2085                         if (pmap_track_modified(va))
2086                                 vm_page_dirty(m);
2087                 }
2088                 if (oldpte & PG_A)
2089                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2090                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
2091         } else {
2092                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
2093         }
2094
2095         return 0;
2096 }
2097
2098 /*
2099  * pmap_remove_page:
2100  *
2101  *      Remove a single page from a process address space.
2102  *
2103  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2104  *      not kernel_pmap.
2105  */
2106 static
2107 void
2108 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2109 {
2110         pt_entry_t *pte;
2111
2112         pte = pmap_pte(pmap, va);
2113         if (pte == NULL)
2114                 return;
2115         if ((*pte & PG_V) == 0)
2116                 return;
2117         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, info);
2118 }
2119
2120 /*
2121  * pmap_remove:
2122  *
2123  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2124  *
2125  *      It is assumed that the start and end are properly
2126  *      rounded to the page size.
2127  *
2128  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2129  *      not kernel_pmap.
2130  */
2131 void
2132 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2133 {
2134         vm_offset_t va_next;
2135         pml4_entry_t *pml4e;
2136         pdp_entry_t *pdpe;
2137         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2138         pt_entry_t *pte;
2139         struct pmap_inval_info info;
2140
2141         if (pmap == NULL)
2142                 return;
2143
2144         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2145                 return;
2146
2147         pmap_inval_init(&info);
2148
2149         /*
2150          * special handling of removing one page.  a very
2151          * common operation and easy to short circuit some
2152          * code.
2153          */
2154         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2155                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2156                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2157                         pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
2158                         pmap_inval_flush(&info);
2159                         return;
2160                 }
2161         }
2162
2163         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2164                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2165                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2166                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2167                         if (va_next < sva)
2168                                 va_next = eva;
2169                         continue;
2170                 }
2171
2172                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2173                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2174                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2175                         if (va_next < sva)
2176                                 va_next = eva;
2177                         continue;
2178                 }
2179
2180                 /*
2181                  * Calculate index for next page table.
2182                  */
2183                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2184                 if (va_next < sva)
2185                         va_next = eva;
2186
2187                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2188                 ptpaddr = *pde;
2189
2190                 /*
2191                  * Weed out invalid mappings.
2192                  */
2193                 if (ptpaddr == 0)
2194                         continue;
2195
2196                 /*
2197                  * Check for large page.
2198                  */
2199                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2200                         /* JG FreeBSD has more complex treatment here */
2201                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
2202                         *pde = 0;
2203                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2204                         continue;
2205                 }
2206
2207                 /*
2208                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2209                  * by the current page table page, or to the end of the
2210                  * range being removed.
2211                  */
2212                 if (va_next > eva)
2213                         va_next = eva;
2214
2215                 /*
2216                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
2217                  */
2218                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2219                     sva += PAGE_SIZE) {
2220                         if (*pte == 0)
2221                                 continue;
2222                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &info))
2223                                 break;
2224                 }
2225         }
2226         pmap_inval_flush(&info);
2227 }
2228
2229 /*
2230  * pmap_remove_all:
2231  *
2232  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2233  *      Reflects back modify bits to the pager.
2234  *
2235  *      This routine may not be called from an interrupt.
2236  */
2237
2238 static
2239 void
2240 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2241 {
2242         struct pmap_inval_info info;
2243         pt_entry_t *pte, tpte;
2244         pv_entry_t pv;
2245
2246         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2247                 return;
2248
2249         pmap_inval_init(&info);
2250         crit_enter();
2251         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2252                 KKASSERT(pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2253                 --pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count;
2254
2255                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2256                 pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2257                 tpte = pte_load_clear(pte);
2258
2259                 if (tpte & PG_W)
2260                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
2261
2262                 if (tpte & PG_A)
2263                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2264
2265                 /*
2266                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2267                  */
2268                 if (tpte & PG_M) {
2269 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2270                         if (pmap_nw_modified(tpte)) {
2271                                 kprintf(
2272         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2273                                     pv->pv_va, tpte);
2274                         }
2275 #endif
2276                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
2277                                 vm_page_dirty(m);
2278                 }
2279                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2280                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2281                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
2282                 m->md.pv_list_count--;
2283                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2284                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2285                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2286                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2287                 free_pv_entry(pv);
2288         }
2289         crit_exit();
2290         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2291         pmap_inval_flush(&info);
2292 }
2293
2294 /*
2295  * pmap_protect:
2296  *
2297  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2298  *      as requested.
2299  *
2300  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2301  *      not the kernel_pmap.
2302  */
2303 void
2304 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2305 {
2306         vm_offset_t va_next;
2307         pml4_entry_t *pml4e;
2308         pdp_entry_t *pdpe;
2309         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2310         pt_entry_t *pte;
2311         pmap_inval_info info;
2312
2313         /* JG review for NX */
2314
2315         if (pmap == NULL)
2316                 return;
2317
2318         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2319                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2320                 return;
2321         }
2322
2323         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2324                 return;
2325
2326         pmap_inval_init(&info);
2327
2328         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2329
2330                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2331                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2332                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2333                         if (va_next < sva)
2334                                 va_next = eva;
2335                         continue;
2336                 }
2337
2338                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2339                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2340                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2341                         if (va_next < sva)
2342                                 va_next = eva;
2343                         continue;
2344                 }
2345
2346                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2347                 if (va_next < sva)
2348                         va_next = eva;
2349
2350                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2351                 ptpaddr = *pde;
2352
2353                 /*
2354                  * Check for large page.
2355                  */
2356                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2357                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
2358                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
2359                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2360                         continue;
2361                 }
2362
2363                 /*
2364                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2365                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2366                  */
2367                 if (ptpaddr == 0)
2368                         continue;
2369
2370                 if (va_next > eva)
2371                         va_next = eva;
2372
2373                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2374                     sva += PAGE_SIZE) {
2375                         pt_entry_t obits, pbits;
2376                         vm_page_t m;
2377
2378                         /*
2379                          * XXX non-optimal.  Note also that there can be
2380                          * no pmap_inval_flush() calls until after we modify
2381                          * ptbase[sindex] (or otherwise we have to do another
2382                          * pmap_inval_add() call).
2383                          */
2384                         pmap_inval_add(&info, pmap, sva);
2385                         obits = pbits = *pte;
2386                         if ((pbits & PG_V) == 0)
2387                                 continue;
2388                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2389                                 m = NULL;
2390                                 if (pbits & PG_A) {
2391                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2392                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2393                                         pbits &= ~PG_A;
2394                                 }
2395                                 if (pbits & PG_M) {
2396                                         if (pmap_track_modified(sva)) {
2397                                                 if (m == NULL)
2398                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2399                                                 vm_page_dirty(m);
2400                                                 pbits &= ~PG_M;
2401                                         }
2402                                 }
2403                         }
2404
2405                         pbits &= ~PG_RW;
2406
2407                         if (pbits != obits) {
2408                                 *pte = pbits;
2409                         }
2410                 }
2411         }
2412         pmap_inval_flush(&info);
2413 }
2414
2415 /*
2416  *      Insert the given physical page (p) at
2417  *      the specified virtual address (v) in the
2418  *      target physical map with the protection requested.
2419  *
2420  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2421  *      that the related pte can not be reclaimed.
2422  *
2423  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2424  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2425  *      insert this page into the given map NOW.
2426  */
2427 void
2428 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2429            boolean_t wired)
2430 {
2431         vm_paddr_t pa;
2432         pd_entry_t *pde;
2433         pt_entry_t *pte;
2434         vm_paddr_t opa;
2435         pt_entry_t origpte, newpte;
2436         vm_page_t mpte;
2437         pmap_inval_info info;
2438
2439         if (pmap == NULL)
2440                 return;
2441
2442         va = trunc_page(va);
2443 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
2444         if (va >= KvaEnd)
2445                 panic("pmap_enter: toobig");
2446         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
2447                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
2448 #endif
2449         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2450                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
2451 #ifdef DDB
2452                 db_print_backtrace();
2453 #endif
2454         }
2455         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2456                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
2457 #ifdef DDB
2458                 db_print_backtrace();
2459 #endif
2460         }
2461
2462         /*
2463          * In the case that a page table page is not
2464          * resident, we are creating it here.
2465          */
2466         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2467                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
2468         else
2469                 mpte = NULL;
2470
2471         pmap_inval_init(&info);
2472         pde = pmap_pde(pmap, va);
2473         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2474                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2475                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2476                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2477         } else
2478                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2479
2480         KKASSERT(pte != NULL);
2481         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2482         origpte = *pte;
2483         opa = origpte & PG_FRAME;
2484
2485         /*
2486          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2487          */
2488         if (origpte && (opa == pa)) {
2489                 /*
2490                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2491                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2492                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2493                  * the PT page will be also.
2494                  */
2495                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2496                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2497                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2498                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2499
2500 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2501                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
2502                         kprintf(
2503         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2504                             va, origpte);
2505                 }
2506 #endif
2507
2508                 /*
2509                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
2510                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
2511                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
2512                  * bits below.
2513                  */
2514                 if (mpte)
2515                         mpte->hold_count--;
2516
2517                 /*
2518                  * We might be turning off write access to the page,
2519                  * so we go ahead and sense modify status.
2520                  */
2521                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2522                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2523                                 vm_page_t om;
2524                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2525                                 vm_page_dirty(om);
2526                         }
2527                         pa |= PG_MANAGED;
2528                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
2529                 }
2530                 goto validate;
2531         }
2532         /*
2533          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2534          * handle validating new mapping.
2535          */
2536         while (opa) {
2537                 int err;
2538                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2539                 if (err)
2540                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%lx", va);
2541                 origpte = *pte;
2542                 opa = origpte & PG_FRAME;
2543                 if (opa) {
2544                         kprintf("pmap_enter: Warning, raced pmap %p va %p\n",
2545                                 pmap, (void *)va);
2546                 }
2547         }
2548
2549         /*
2550          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2551          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2552          * called at interrupt time.
2553          */
2554         if (pmap_initialized &&
2555             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2556                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2557                 pa |= PG_MANAGED;
2558                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2559         }
2560
2561         /*
2562          * Increment counters
2563          */
2564         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2565         if (wired)
2566                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2567
2568 validate:
2569         /*
2570          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2571          */
2572         newpte = (pt_entry_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2573
2574         if (wired)
2575                 newpte |= PG_W;
2576         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2577                 newpte |= PG_U;
2578         if (pmap == &kernel_pmap)
2579                 newpte |= pgeflag;
2580
2581         /*
2582          * if the mapping or permission bits are different, we need
2583          * to update the pte.
2584          */
2585         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2586                 pmap_inval_add(&info, pmap, va);
2587                 *pte = newpte | PG_A;
2588                 if (newpte & PG_RW)
2589                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
2590         }
2591         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
2592         pmap_inval_flush(&info);
2593 }
2594
2595 /*
2596  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
2597  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
2598  * VA.
2599  *
2600  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
2601  */
2602 static
2603 void
2604 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2605 {
2606         pt_entry_t *pte;
2607         vm_paddr_t pa;
2608         vm_page_t mpte;
2609         vm_pindex_t ptepindex;
2610         pd_entry_t *ptepa;
2611         pmap_inval_info info;
2612
2613         pmap_inval_init(&info);
2614
2615         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2616                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2617 #ifdef DDB
2618                 db_print_backtrace();
2619 #endif
2620         }
2621         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2622                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2623 #ifdef DDB
2624                 db_print_backtrace();
2625 #endif
2626         }
2627
2628         KKASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS); /* assert used on user pmaps only */
2629
2630         /*
2631          * Calculate the page table page (mpte), allocating it if necessary.
2632          *
2633          * A held page table page (mpte), or NULL, is passed onto the
2634          * section following.
2635          */
2636         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2637                 /*
2638                  * Calculate pagetable page index
2639                  */
2640                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2641
2642                 do {
2643                         /*
2644                          * Get the page directory entry
2645                          */
2646                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2647
2648                         /*
2649                          * If the page table page is mapped, we just increment
2650                          * the hold count, and activate it.
2651                          */
2652                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2653                                 if (*ptepa & PG_PS)
2654                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2655 //                              if (pmap->pm_ptphint &&
2656 //                                  (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2657 //                                      mpte = pmap->pm_ptphint;
2658 //                              } else {
2659                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2660                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2661 //                              }
2662                                 if (mpte)
2663                                         mpte->hold_count++;
2664                         } else {
2665                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2666                         }
2667                 } while (mpte == NULL);
2668         } else {
2669                 mpte = NULL;
2670                 /* this code path is not yet used */
2671         }
2672
2673         /*
2674          * With a valid (and held) page directory page, we can just use
2675          * vtopte() to get to the pte.  If the pte is already present
2676          * we do not disturb it.
2677          */
2678         pte = vtopte(va);
2679         if (*pte & PG_V) {
2680                 if (mpte)
2681                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &info);
2682                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2683                 KKASSERT(((*pte ^ pa) & PG_FRAME) == 0);
2684                 return;
2685         }
2686
2687         /*
2688          * Enter on the PV list if part of our managed memory
2689          */
2690         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2691                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2692                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2693         }
2694
2695         /*
2696          * Increment counters
2697          */
2698         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2699
2700         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2701
2702         /*
2703          * Now validate mapping with RO protection
2704          */
2705         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2706                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2707         else
2708                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2709 /*      pmap_inval_add(&info, pmap, va); shouldn't be needed inval->valid */
2710         pmap_inval_flush(&info);
2711 }
2712
2713 /*
2714  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2715  * to be used for panic dumps.
2716  */
2717 /* JG Needed on x86_64? */
2718 void *
2719 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2720 {
2721         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2722         return ((void *)crashdumpmap);
2723 }
2724
2725 #define MAX_INIT_PT (96)
2726
2727 /*
2728  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2729  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2730  * immediately after an mmap.
2731  */
2732 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2733
2734 void
2735 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2736                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
2737                     vm_size_t size, int limit)
2738 {
2739         struct rb_vm_page_scan_info info;
2740         struct lwp *lp;
2741         vm_size_t psize;
2742
2743         /*
2744          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2745          * or object.
2746          */
2747         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2748                 return;
2749
2750         /*
2751          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2752          */
2753         lp = curthread->td_lwp;
2754         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
2755                 return;
2756
2757         psize = x86_64_btop(size);
2758
2759         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2760                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2761                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2762                 return;
2763         }
2764
2765         if (psize + pindex > object->size) {
2766                 if (object->size < pindex)
2767                         return;
2768                 psize = object->size - pindex;
2769         }
2770
2771         if (psize == 0)
2772                 return;
2773
2774         /*
2775          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2776          * any valid pages found into the pmap.
2777          *
2778          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2779          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2780          */
2781         info.start_pindex = pindex;
2782         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2783         info.limit = limit;
2784         info.mpte = NULL;
2785         info.addr = addr;
2786         info.pmap = pmap;
2787
2788         crit_enter();
2789         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2790                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2791         crit_exit();
2792 }
2793
2794 static
2795 int
2796 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2797 {
2798         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2799         vm_pindex_t rel_index;
2800         /*
2801          * don't allow an madvise to blow away our really
2802          * free pages allocating pv entries.
2803          */
2804         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2805                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2806                     return(-1);
2807         }
2808         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2809             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2810                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2811                         vm_page_deactivate(p);
2812                 vm_page_busy(p);
2813                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2814                 pmap_enter_quick(info->pmap,
2815                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
2816                 vm_page_wakeup(p);
2817         }
2818         return(0);
2819 }
2820
2821 /*
2822  * pmap_prefault provides a quick way of clustering pagefaults into a
2823  * processes address space.  It is a "cousin" of pmap_object_init_pt,
2824  * except it runs at page fault time instead of mmap time.
2825  */
2826 #define PFBAK 4
2827 #define PFFOR 4
2828 #define PAGEORDER_SIZE (PFBAK+PFFOR)
2829
2830 static int pmap_prefault_pageorder[] = {
2831         -PAGE_SIZE, PAGE_SIZE,
2832         -2 * PAGE_SIZE, 2 * PAGE_SIZE,
2833         -3 * PAGE_SIZE, 3 * PAGE_SIZE,
2834         -4 * PAGE_SIZE, 4 * PAGE_SIZE
2835 };
2836
2837 void
2838 pmap_prefault(pmap_t pmap, vm_offset_t addra, vm_map_entry_t entry)
2839 {
2840         int i;
2841         vm_offset_t starta;
2842         vm_offset_t addr;
2843         vm_pindex_t pindex;
2844         vm_page_t m;
2845         vm_object_t object;
2846         struct lwp *lp;
2847
2848         /*
2849          * We do not currently prefault mappings that use virtual page
2850          * tables.  We do not prefault foreign pmaps.
2851          */
2852         if (entry->maptype == VM_MAPTYPE_VPAGETABLE)
2853                 return;
2854         lp = curthread->td_lwp;
2855         if (lp == NULL || (pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace)))
2856                 return;
2857
2858         object = entry->object.vm_object;
2859
2860         starta = addra - PFBAK * PAGE_SIZE;
2861         if (starta < entry->start)
2862                 starta = entry->start;
2863         else if (starta > addra)
2864                 starta = 0;
2865
2866         /*
2867          * critical section protection is required to maintain the
2868          * page/object association, interrupts can free pages and remove
2869          * them from their objects.
2870          */
2871         crit_enter();
2872         for (i = 0; i < PAGEORDER_SIZE; i++) {
2873                 vm_object_t lobject;
2874                 pt_entry_t *pte;
2875                 pd_entry_t *pde;
2876
2877                 addr = addra + pmap_prefault_pageorder[i];
2878                 if (addr > addra + (PFFOR * PAGE_SIZE))
2879                         addr = 0;
2880
2881                 if (addr < starta || addr >= entry->end)
2882                         continue;
2883
2884                 pde = pmap_pde(pmap, addr);
2885                 if (pde == NULL || *pde == 0)
2886                         continue;
2887
2888                 pte = vtopte(addr);
2889                 if (*pte)
2890                         continue;
2891
2892                 pindex = ((addr - entry->start) + entry->offset) >> PAGE_SHIFT;
2893                 lobject = object;
2894
2895                 for (m = vm_page_lookup(lobject, pindex);
2896                     (!m && (lobject->type == OBJT_DEFAULT) &&
2897                      (lobject->backing_object));
2898                     lobject = lobject->backing_object
2899                 ) {
2900                         if (lobject->backing_object_offset & PAGE_MASK)
2901                                 break;
2902                         pindex += (lobject->backing_object_offset >> PAGE_SHIFT);
2903                         m = vm_page_lookup(lobject->backing_object, pindex);
2904                 }
2905
2906                 /*
2907                  * give-up when a page is not in memory
2908                  */
2909                 if (m == NULL)
2910                         break;
2911
2912                 if (((m->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2913                         (m->busy == 0) &&
2914                     (m->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2915
2916                         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2917                                 vm_page_deactivate(m);
2918                         }
2919                         vm_page_busy(m);
2920                         pmap_enter_quick(pmap, addr, m);
2921                         vm_page_wakeup(m);
2922                 }
2923         }
2924         crit_exit();
2925 }
2926
2927 /*
2928  *      Routine:        pmap_change_wiring
2929  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2930  *                      pair.
2931  *      In/out conditions:
2932  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2933  */
2934 void
2935 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2936 {
2937         pt_entry_t *pte;
2938
2939         if (pmap == NULL)
2940                 return;
2941
2942         pte = pmap_pte(pmap, va);
2943
2944         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2945                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2946         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2947                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2948
2949         /*
2950          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2951          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2952          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using
2953          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2954          * wiring changes.
2955          */
2956 #ifdef SMP
2957         if (wired)
2958                 atomic_set_long(pte, PG_W);
2959         else
2960                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
2961 #else
2962         if (wired)
2963                 atomic_set_long_nonlocked(pte, PG_W);
2964         else
2965                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_W);
2966 #endif
2967 }
2968
2969
2970
2971 /*
2972  *      Copy the range specified by src_addr/len
2973  *      from the source map to the range dst_addr/len
2974  *      in the destination map.
2975  *
2976  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2977  */
2978 void
2979 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
2980           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
2981 {
2982         return;
2983 #if 0
2984         pmap_inval_info info;
2985         vm_offset_t addr;
2986         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2987         vm_offset_t pdnxt;
2988         pd_entry_t src_frame, dst_frame;
2989         vm_page_t m;
2990
2991         if (dst_addr != src_addr)
2992                 return;
2993 #if JGPMAP32
2994         src_frame = src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2995         if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME)) {
2996                 return;
2997         }
2998
2999         dst_frame = dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
3000         if (dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)) {
3001                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
3002                 /* The page directory is not shared between CPUs */
3003                 cpu_invltlb();
3004         }
3005 #endif
3006         pmap_inval_init(&info);
3007         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
3008         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
3009
3010         /*
3011          * critical section protection is required to maintain the page/object
3012          * association, interrupts can free pages and remove them from
3013          * their objects.
3014          */
3015         crit_enter();
3016         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
3017                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3018                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
3019                 vm_offset_t srcptepaddr;
3020                 vm_pindex_t ptepindex;
3021
3022                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
3023                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
3024
3025                 /*
3026                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
3027                  * way below the low water mark of free pages or way
3028                  * above high water mark of used pv entries.
3029                  */
3030                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
3031                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
3032                         break;
3033
3034                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
3035                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
3036
3037 #if JGPMAP32
3038                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
3039 #endif
3040                 if (srcptepaddr == 0)
3041                         continue;
3042
3043                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3044 #if JGPMAP32
3045                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
3046                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
3047                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3048                         }
3049 #endif
3050                         continue;
3051                 }
3052
3053                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
3054                 if ((srcmpte == NULL) || (srcmpte->hold_count == 0) ||
3055                     (srcmpte->flags & PG_BUSY)) {
3056                         continue;
3057                 }
3058
3059                 if (pdnxt > end_addr)
3060                         pdnxt = end_addr;
3061
3062                 src_pte = vtopte(addr);
3063 #if JGPMAP32
3064                 dst_pte = avtopte(addr);
3065 #endif
3066                 while (addr < pdnxt) {
3067                         pt_entry_t ptetemp;
3068
3069                         ptetemp = *src_pte;
3070                         /*
3071                          * we only virtual copy managed pages
3072                          */
3073                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3074                                 /*
3075                                  * We have to check after allocpte for the
3076                                  * pte still being around...  allocpte can
3077                                  * block.
3078                                  *
3079                                  * pmap_allocpte() can block.  If we lose
3080                                  * our page directory mappings we stop.
3081                                  */
3082                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
3083
3084 #if JGPMAP32
3085                                 if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME) ||
3086                                     dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)
3087                                 ) {
3088                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: detected and corrected race\n");
3089                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3090                                         goto failed;
3091                                 } else if ((*dst_pte == 0) &&
3092                                            (ptetemp = *src_pte) != 0 &&
3093                                            (ptetemp & PG_MANAGED)) {
3094                                         /*
3095                                          * Clear the modified and
3096                                          * accessed (referenced) bits
3097                                          * during the copy.
3098                                          */
3099                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
3100                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
3101                                         ++dst_pmap->pm_stats.resident_count;
3102                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
3103                                                 dstmpte, m);
3104                                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
3105                                 } else {
3106                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: dst_pte race detected and corrected\n");
3107                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3108                                         goto failed;
3109                                 }
3110 #endif
3111                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
3112                                         break;
3113                         }
3114                         addr += PAGE_SIZE;
3115                         src_pte++;
3116                         dst_pte++;
3117                 }
3118         }
3119 failed:
3120         crit_exit();
3121         pmap_inval_flush(&info);
3122 #endif
3123 }
3124
3125 /*
3126  * pmap_zero_page:
3127  *
3128  *      Zero the specified physical page.
3129  *
3130  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3131  *      required.
3132  */
3133 void
3134 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3135 {
3136         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3137
3138         pagezero((void *)va);
3139 }
3140
3141 /*
3142  * pmap_page_assertzero:
3143  *
3144  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3145  */
3146 void
3147 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3148 {
3149         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3150         int i;
3151
3152         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3153             if (*(long *)((char *)virt + i) != 0) {
3154                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n", (void *)virt);
3155             }
3156         }
3157 }
3158
3159 /*
3160  * pmap_zero_page:
3161  *
3162  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3163  *      its contents with bzero.
3164  *
3165  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3166  */
3167 void
3168 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3169 {
3170         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3171
3172         bzero((char *)virt + off, size);
3173 }
3174
3175 /*
3176  * pmap_copy_page:
3177  *
3178  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3179  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3180  *      is required.
3181  */
3182 void
3183 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3184 {
3185         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3186
3187         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3188         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3189         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3190 }
3191
3192 /*
3193  * pmap_copy_page_frag:
3194  *
3195  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3196  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3197  *      is required.
3198  */
3199 void
3200 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3201 {
3202         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3203
3204         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3205         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3206
3207         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3208               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3209               bytes);
3210 }
3211
3212 /*
3213  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3214  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3215  * be changed upwards or downwards in the future; it
3216  * is only necessary that true be returned for a small
3217  * subset of pmaps for proper page aging.
3218  */
3219 boolean_t
3220 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3221 {
3222         pv_entry_t pv;
3223         int loops = 0;
3224
3225         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3226                 return FALSE;
3227
3228         crit_enter();
3229
3230         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3231                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3232                         crit_exit();
3233                         return TRUE;
3234                 }
3235                 loops++;
3236                 if (loops >= 16)
3237                         break;
3238         }
3239         crit_exit();
3240         return (FALSE);
3241 }
3242
3243 /*
3244  * Remove all pages from specified address space
3245  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3246  * is special cased for current process only, but
3247  * can have the more generic (and slightly slower)
3248  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3249  * in the case of running down an entire address space.
3250  */
3251 void
3252 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3253 {
3254         struct lwp *lp;
3255         pt_entry_t *pte, tpte;
3256         pv_entry_t pv, npv;
3257         vm_page_t m;
3258         pmap_inval_info info;
3259         int iscurrentpmap;
3260         int save_generation;
3261
3262         lp = curthread->td_lwp;
3263         if (lp && pmap == vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3264                 iscurrentpmap = 1;
3265         else
3266                 iscurrentpmap = 0;
3267
3268         pmap_inval_init(&info);
3269         crit_enter();
3270         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
3271                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
3272                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3273                         continue;
3274                 }
3275
3276                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
3277
3278                 if (iscurrentpmap)
3279                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3280                 else
3281                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3282                 if (pmap->pm_active)
3283                         pmap_inval_add(&info, pmap, pv->pv_va);
3284
3285                 /*
3286                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
3287                  * at this time
3288                  */
3289                 if (*pte & PG_W) {
3290                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3291                         continue;
3292                 }
3293                 tpte = pte_load_clear(pte);
3294
3295                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3296
3297                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3298                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %lx", tpte));
3299
3300                 KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
3301                 --pmap->pm_stats.resident_count;
3302
3303                 /*
3304                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3305                  */
3306                 if (tpte & PG_M) {
3307                         vm_page_dirty(m);
3308                 }
3309
3310                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3311                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
3312                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
3313
3314                 m->md.pv_list_count--;
3315                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3316                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
3317                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3318
3319                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
3320                 free_pv_entry(pv);
3321
3322                 /*
3323                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
3324                  * calls and other removals were made.
3325                  */
3326                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
3327                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
3328                         npv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
3329                 }
3330         }
3331         pmap_inval_flush(&info);
3332         crit_exit();
3333 }
3334
3335 /*
3336  * pmap_testbit tests bits in pte's
3337  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
3338  * and a lot of things compile-time evaluate.
3339  */
3340 static
3341 boolean_t
3342 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3343 {
3344         pv_entry_t pv;
3345         pt_entry_t *pte;
3346
3347         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3348                 return FALSE;
3349
3350         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3351                 return FALSE;
3352
3353         crit_enter();
3354
3355         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3356                 /*
3357                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3358                  * mark clean_map and ptes as never
3359                  * modified.
3360                  */
3361                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3362                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3363                                 continue;
3364                 }
3365
3366 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3367                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3368                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3369                         continue;
3370                 }
3371 #endif
3372                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3373                 if (*pte & bit) {
3374                         crit_exit();
3375                         return TRUE;
3376                 }
3377         }
3378         crit_exit();
3379         return (FALSE);
3380 }
3381
3382 /*
3383  * this routine is used to modify bits in ptes
3384  */
3385 static __inline
3386 void
3387 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3388 {
3389         struct pmap_inval_info info;
3390         pv_entry_t pv;
3391         pt_entry_t *pte;
3392         pt_entry_t pbits;
3393
3394         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3395                 return;
3396
3397         pmap_inval_init(&info);
3398         crit_enter();
3399
3400         /*
3401          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3402          * setting RO do we need to clear the VAC?
3403          */
3404         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3405                 /*
3406                  * don't write protect pager mappings
3407                  */
3408                 if (bit == PG_RW) {
3409                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3410                                 continue;
3411                 }
3412
3413 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3414                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3415                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3416                         continue;
3417                 }
3418 #endif
3419
3420                 /*
3421                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3422                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3423                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3424                  *
3425                  * We do not have to force synchronization when clearing
3426                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3427                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3428                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3429                  */
3430                 if (bit & PG_RW)
3431                         pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3432                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3433 again:
3434                 pbits = *pte;
3435                 if (pbits & bit) {
3436                         if (bit == PG_RW) {
3437                                 if (pbits & PG_M) {
3438                                         vm_page_dirty(m);
3439                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3440                                 } else {
3441                                         /*
3442                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3443                                          * simultaniously with our clearing
3444                                          * of PG_RW.
3445                                          */
3446                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3447                                                                pbits & ~PG_RW))
3448                                                 goto again;
3449                                 }
3450                         } else if (bit == PG_M) {
3451                                 /*
3452                                  * We could also clear PG_RW here to force
3453                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3454                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3455                                  * since virtual kernels invalidate the pte
3456                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3457                                  * virtual page tables.
3458                                  */
3459                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3460                         } else {
3461                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3462                         }
3463                 }
3464         }
3465         pmap_inval_flush(&info);
3466         crit_exit();
3467 }
3468
3469 /*
3470  *      pmap_page_protect:
3471  *
3472  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3473  */
3474 void
3475 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3476 {
3477         /* JG NX support? */
3478         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3479                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3480                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3481                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3482                 } else {
3483                         pmap_remove_all(m);
3484                 }
3485         }
3486 }
3487
3488 vm_paddr_t
3489 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3490 {
3491         return (x86_64_ptob(ppn));
3492 }
3493
3494 /*
3495  *      pmap_ts_referenced:
3496  *
3497  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3498  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3499  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3500  *      reference bits set.
3501  *
3502  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3503  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3504  *      optimal aging of shared pages.
3505  */
3506 int
3507 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3508 {
3509         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3510         pt_entry_t *pte;
3511         int rtval = 0;
3512
3513         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3514                 return (rtval);
3515
3516         crit_enter();
3517
3518         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3519
3520                 pvf = pv;
3521
3522                 do {
3523                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3524
3525                         crit_enter();
3526                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3527                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3528                         crit_exit();
3529
3530                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3531                                 continue;
3532
3533                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3534
3535                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3536 #ifdef SMP
3537                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
3538 #else
3539                                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3540 #endif
3541                                 rtval++;
3542                                 if (rtval > 4) {
3543                                         break;
3544                                 }
3545                         }
3546                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3547         }
3548         crit_exit();
3549
3550         return (rtval);
3551 }
3552
3553 /*
3554  *      pmap_is_modified:
3555  *
3556  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3557  *      in any physical maps.
3558  */
3559 boolean_t
3560 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3561 {
3562         return pmap_testbit(m, PG_M);
3563 }
3564
3565 /*
3566  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3567  */
3568 void
3569 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3570 {
3571         pmap_clearbit(m, PG_M);
3572 }
3573
3574 /*
3575  *      pmap_clear_reference:
3576  *
3577  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3578  */
3579 void
3580 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3581 {
3582         pmap_clearbit(m, PG_A);
3583 }
3584
3585 /*
3586  * Miscellaneous support routines follow
3587  */
3588
3589 static
3590 void
3591 i386_protection_init(void)
3592 {
3593         int *kp, prot;
3594
3595         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3596         kp = protection_codes;
3597         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3598                 switch (prot) {
3599                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3600                         /*
3601                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3602                          * so just make it readable.
3603                          */
3604                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3605                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3606                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3607                         *kp++ = 0;
3608                         break;
3609                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3610                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3611                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3612                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3613                         *kp++ = PG_RW;
3614                         break;
3615                 }
3616         }
3617 }
3618
3619 /*
3620  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3621  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3622  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3623  * NOT real memory.
3624  *
3625  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3626  * a time.
3627  */
3628 void *
3629 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3630 {
3631         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3632         pt_entry_t *pte;
3633
3634         offset = pa & PAGE_MASK;
3635         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3636
3637         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size);
3638         if (va == 0)
3639                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3640
3641         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3642         for (tmpva = va; size > 0;) {
3643                 pte = vtopte(tmpva);
3644                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3645                 size -= PAGE_SIZE;
3646                 tmpva += PAGE_SIZE;
3647                 pa += PAGE_SIZE;
3648         }
3649         cpu_invltlb();
3650         smp_invltlb();
3651
3652         return ((void *)(va + offset));
3653 }
3654
3655 void *
3656 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3657 {
3658         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3659         pt_entry_t *pte;
3660
3661         offset = pa & PAGE_MASK;
3662         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3663
3664         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size);
3665         if (va == 0)
3666                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3667
3668         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3669         for (tmpva = va; size > 0;) {
3670                 pte = vtopte(tmpva);
3671                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | PG_N; /* | pgeflag; */
3672                 size -= PAGE_SIZE;
3673                 tmpva += PAGE_SIZE;
3674                 pa += PAGE_SIZE;
3675         }
3676         cpu_invltlb();
3677         smp_invltlb();
3678
3679         return ((void *)(va + offset));
3680 }
3681
3682 void
3683 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3684 {
3685         vm_offset_t base, offset;
3686
3687         base = va & ~PAGE_MASK;
3688         offset = va & PAGE_MASK;
3689         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3690         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3691         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3692 }
3693
3694 /*
3695  * perform the pmap work for mincore
3696  */
3697 int
3698 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3699 {
3700         pt_entry_t *ptep, pte;
3701         vm_page_t m;
3702         int val = 0;
3703
3704         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3705         if (ptep == 0) {
3706                 return 0;
3707         }
3708
3709         if ((pte = *ptep) != 0) {
3710                 vm_offset_t pa;
3711
3712                 val = MINCORE_INCORE;
3713                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3714                         return val;
3715
3716                 pa = pte & PG_FRAME;
3717
3718                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3719
3720                 /*
3721                  * Modified by us
3722                  */
3723                 if (pte & PG_M)
3724                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3725                 /*
3726                  * Modified by someone
3727                  */
3728                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3729                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3730                 /*
3731                  * Referenced by us
3732                  */
3733                 if (pte & PG_A)
3734                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3735
3736                 /*
3737                  * Referenced by someone
3738                  */
3739                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3740                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3741                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3742                 }
3743         }
3744         return val;
3745 }
3746
3747 /*
3748  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
3749  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
3750  *
3751  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
3752  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
3753  */
3754 void
3755 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
3756 {
3757         struct vmspace *oldvm;
3758         struct lwp *lp;
3759
3760         crit_enter();
3761         oldvm = p->p_vmspace;
3762         if (oldvm != newvm) {
3763                 p->p_vmspace = newvm;
3764                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
3765                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
3766                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
3767                 if (adjrefs) {
3768                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
3769                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
3770                 }
3771         }
3772         crit_exit();
3773 }
3774
3775 /*
3776  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
3777  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
3778  * on a per-lwp basis.
3779  */
3780 void
3781 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
3782 {
3783         struct vmspace *oldvm;
3784         struct pmap *pmap;
3785
3786         crit_enter();
3787         oldvm = lp->lwp_vmspace;
3788
3789         if (oldvm != newvm) {
3790                 lp->lwp_vmspace = newvm;
3791                 if (curthread->td_lwp == lp) {
3792                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
3793 #if defined(SMP)
3794                         atomic_set_int(&pmap->pm_active, 1 << mycpu->gd_cpuid);
3795 #else
3796                         pmap->pm_active |= 1;
3797 #endif
3798 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3799                         tlb_flush_count++;
3800 #endif
3801                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3802                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3803                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
3804 #if defined(SMP)
3805                         atomic_clear_int(&pmap->pm_active,
3806                                           1 << mycpu->gd_cpuid);
3807 #else
3808                         pmap->pm_active &= ~1;
3809 #endif
3810                 }
3811         }
3812         crit_exit();
3813 }
3814
3815 vm_offset_t
3816 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3817 {
3818
3819         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3820                 return addr;
3821         }
3822
3823         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3824         return addr;
3825 }
3826
3827
3828 #if defined(DEBUG)
3829
3830 static void     pads (pmap_t pm);
3831 void            pmap_pvdump (vm_paddr_t pa);
3832
3833 /* print address space of pmap*/
3834 static
3835 void
3836 pads(pmap_t pm)
3837 {
3838         vm_offset_t va;
3839         unsigned i, j;
3840         pt_entry_t *ptep;
3841
3842         if (pm == &kernel_pmap)
3843                 return;
3844         crit_enter();
3845         for (i = 0; i < NPDEPG; i++) {
3846                 ;
3847         }
3848         crit_exit();
3849
3850 }
3851
3852 void
3853 pmap_pvdump(vm_paddr_t pa)
3854 {
3855         pv_entry_t pv;
3856         vm_page_t m;
3857
3858         kprintf("pa %08llx", (long long)pa);
3859         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3860         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3861 #ifdef used_to_be
3862                 kprintf(" -> pmap %p, va %x, flags %x",
3863                     (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_flags);
3864 #endif
3865                 kprintf(" -> pmap %p, va %x", (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3866                 pads(pv->pv_pmap);
3867         }
3868         kprintf(" ");
3869 }
3870 #endif