kernel - MPSAFE work - Basic tokenization for x86_64 pmap.c
[dragonfly.git] / 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 virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
153 vm_offset_t virtual2_end;
154 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
155 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
156 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
157 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
158 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
159 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
160 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
161 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
162
163 static vm_object_t kptobj;
164
165 static int ndmpdp;
166 static vm_paddr_t dmaplimit;
167 static int nkpt;
168 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
169
170 static uint64_t KPTbase;
171 static uint64_t KPTphys;
172 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
173 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
174 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
175 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
176
177 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
178 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
179
180 /*
181  * Data for the pv entry allocation mechanism
182  */
183 static vm_zone_t pvzone;
184 static struct vm_zone pvzone_store;
185 static struct vm_object pvzone_obj;
186 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
187 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
188 static struct pv_entry *pvinit;
189
190 /*
191  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
192  */
193 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
194 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
195 static pt_entry_t *msgbufmap;
196 struct msgbuf *msgbufp=0;
197
198 /*
199  * Crashdump maps.
200  */
201 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
202 static caddr_t crashdumpmap;
203
204 extern pt_entry_t *SMPpt;
205 extern uint64_t SMPptpa;
206
207 #define DISABLE_PSE
208
209 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
210 static void i386_protection_init (void);
211 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
212 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
213 static int  pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq,
214                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
215 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
216                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
217 static int  pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
218                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
219 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
220 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
221                                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
222
223 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
224
225 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
226 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex);
227 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
228 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
229 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
230                                 pmap_inval_info_t info);
231 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
232 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
233
234 static unsigned pdir4mb;
235
236 /*
237  * Move the kernel virtual free pointer to the next
238  * 2MB.  This is used to help improve performance
239  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
240  * (.text, .data, .bss)
241  */
242 static
243 vm_offset_t
244 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
245 {
246         vm_offset_t newaddr = addr;
247
248         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
249         return newaddr;
250 }
251
252 /*
253  * pmap_pte_quick:
254  *
255  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
256  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
257  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
258  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
259  *
260  *      Should only be called while in a critical section.
261  */
262 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
263
264 static
265 pt_entry_t *
266 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
267 {
268         return pmap_pte(pmap, va);
269 }
270
271 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
272 static __inline
273 vm_pindex_t
274 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
275 {
276         return va >> PDRSHIFT;
277 }
278
279 /* Return various clipped indexes for a given VA */
280 static __inline
281 vm_pindex_t
282 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
283 {
284
285         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
286 }
287
288 static __inline
289 vm_pindex_t
290 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
291 {
292
293         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
294 }
295
296 static __inline
297 vm_pindex_t
298 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
299 {
300
301         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
302 }
303
304 static __inline
305 vm_pindex_t
306 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
307 {
308
309         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
310 }
311
312 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
313 static __inline
314 pml4_entry_t *
315 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
316 {
317
318         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
319 }
320
321 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
322 static __inline
323 pdp_entry_t *
324 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
325 {
326         pdp_entry_t *pdpe;
327
328         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
329         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
330 }
331
332 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
333 static __inline
334 pdp_entry_t *
335 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
336 {
337         pml4_entry_t *pml4e;
338
339         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
340         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
341                 return NULL;
342         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
343 }
344
345 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
346 static __inline
347 pd_entry_t *
348 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
349 {
350         pd_entry_t *pde;
351
352         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
353         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
354 }
355
356 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
357 static __inline
358 pd_entry_t *
359 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
360 {
361         pdp_entry_t *pdpe;
362
363         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
364         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
365                  return NULL;
366         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
367 }
368
369 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
370 static __inline
371 pt_entry_t *
372 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
373 {
374         pt_entry_t *pte;
375
376         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
377         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
378 }
379
380 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
381 static __inline
382 pt_entry_t *
383 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
384 {
385         pd_entry_t *pde;
386
387         pde = pmap_pde(pmap, va);
388         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
389                 return NULL;
390         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
391                 return ((pt_entry_t *)pde);
392         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
393 }
394
395 static __inline
396 pt_entry_t *
397 vtopte(vm_offset_t va)
398 {
399         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
400
401         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
402 }
403
404 static __inline
405 pd_entry_t *
406 vtopde(vm_offset_t va)
407 {
408         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
409
410         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
411 }
412
413 static uint64_t
414 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
415 {
416         uint64_t ret;
417
418         ret = *firstaddr;
419         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
420         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
421         return (ret);
422 }
423
424 static
425 void
426 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
427 {
428         int i;
429
430         /* we are running (mostly) V=P at this point */
431
432         /* Allocate pages */
433         KPTbase = allocpages(firstaddr, NKPT);
434         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
435         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
436         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
437
438         /*
439          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
440          * that is where we start populating the page table pages.
441          * Basically this is the end - 2.
442          */
443         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
444         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
445
446         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
447         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
448                 ndmpdp = 4;
449         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
450         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
451                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
452         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
453
454         /*
455          * Fill in the underlying page table pages for the area around
456          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
457          *
458          * Read-only from zero to physfree
459          * XXX not fully used, underneath 2M pages
460          */
461         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
462                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
463                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
464         }
465
466         /*
467          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
468          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
469          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
470          * data, bss, and initial pre-allocations.
471          */
472         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
473                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
474                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
475         }
476         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
477                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
478                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
479         }
480
481         /*
482          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
483          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
484          * above in the KERNBASE area.
485          */
486         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
487                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
488                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
489         }
490
491         /*
492          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
493          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
494          */
495         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
496                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
497                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
498                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
499                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
500         }
501
502         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
503         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
504         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
505                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
506                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
507                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
508                             PG_G | PG_M | PG_A;
509                 }
510                 /* And the direct map space's PDP */
511                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
512                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
513                             (i << PAGE_SHIFT);
514                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
515                 }
516         } else {
517                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
518                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
519                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
520                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
521                             PG_G | PG_M | PG_A;
522                 }
523         }
524
525         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
526         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
527         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
528
529         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
530         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
531         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
532
533         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
534         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
535         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
536 }
537
538 void
539 init_paging(vm_paddr_t *firstaddr)
540 {
541         create_pagetables(firstaddr);
542 }
543
544 /*
545  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
546  *
547  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
548  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
549  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
550  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
551  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
552  *      (physical) address starting relative to 0]
553  */
554 void
555 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
556 {
557         vm_offset_t va;
558         pt_entry_t *pte;
559         struct mdglobaldata *gd;
560         int pg;
561
562         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
563         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
564         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
565
566         avail_start = *firstaddr;
567
568         /*
569          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
570          */
571         create_pagetables(firstaddr);
572
573         virtual2_start = KvaStart;
574         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
575
576         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
577         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
578
579         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
580
581         /* XXX do %cr0 as well */
582         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
583         load_cr3(KPML4phys);
584
585         /*
586          * Initialize protection array.
587          */
588         i386_protection_init();
589
590         /*
591          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
592          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
593          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
594          */
595         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
596         kernel_pmap.pm_count = 1;
597         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
598         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
599         nkpt = NKPT;
600
601         /*
602          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
603          * mapping of pages.
604          */
605 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
606         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
607
608         va = virtual_start;
609 #ifdef JG
610         pte = (pt_entry_t *) pmap_pte(&kernel_pmap, va);
611 #else
612         pte = vtopte(va);
613 #endif
614
615         /*
616          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
617          */
618         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
619
620         /*
621          * Crashdump maps.
622          */
623         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
624
625         /*
626          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
627          * /dev/mem.
628          */
629         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
630
631         /*
632          * msgbufp is used to map the system message buffer.
633          * XXX msgbufmap is not used.
634          */
635         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
636                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
637
638         virtual_start = va;
639
640         *CMAP1 = 0;
641
642         /*
643          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
644          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
645          * works under UP because self-referential page table mappings
646          */
647 #ifdef SMP
648         pgeflag = 0;
649 #else
650         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
651                 pgeflag = PG_G;
652 #endif
653         
654 /*
655  * Initialize the 4MB page size flag
656  */
657         pseflag = 0;
658 /*
659  * The 4MB page version of the initial
660  * kernel page mapping.
661  */
662         pdir4mb = 0;
663
664 #if !defined(DISABLE_PSE)
665         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
666                 pt_entry_t ptditmp;
667                 /*
668                  * Note that we have enabled PSE mode
669                  */
670                 pseflag = PG_PS;
671                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
672                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
673                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
674                 pdir4mb = ptditmp;
675
676 #ifndef SMP
677                 /*
678                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
679                  * now because the APs will not be able to use it when
680                  * they boot up.
681                  */
682                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
683
684                 /*
685                  * We can do the mapping here for the single processor
686                  * case.  We simply ignore the old page table page from
687                  * now on.
688                  */
689                 /*
690                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
691                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
692                  */
693                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
694                 cpu_invltlb();
695 #endif
696         }
697 #endif
698 #ifdef SMP
699         if (cpu_apic_address == 0)
700                 panic("pmap_bootstrap: no local apic!");
701 #endif
702
703         /*
704          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
705          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
706          * portion.
707          */
708         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
709         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
710         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
711         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
712         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
713         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
714         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
715         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
716         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
717         gd->gd_PADDR1 = (pt_entry_t *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
718
719         cpu_invltlb();
720 }
721
722 #ifdef SMP
723 /*
724  * Set 4mb pdir for mp startup
725  */
726 void
727 pmap_set_opt(void)
728 {
729         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
730                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
731                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
732                         cpu_invltlb();
733                 }
734         }
735 }
736 #endif
737
738 /*
739  *      Initialize the pmap module.
740  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
741  *      system needs to map virtual memory.
742  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
743  *      way, discontiguous physical memory.
744  */
745 void
746 pmap_init(void)
747 {
748         int i;
749         int initial_pvs;
750
751         /*
752          * object for kernel page table pages
753          */
754         /* JG I think the number can be arbitrary */
755         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, 5);
756
757         /*
758          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
759          * pv_head_table.
760          */
761
762         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
763                 vm_page_t m;
764
765                 m = &vm_page_array[i];
766                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
767                 m->md.pv_list_count = 0;
768         }
769
770         /*
771          * init the pv free list
772          */
773         initial_pvs = vm_page_array_size;
774         if (initial_pvs < MINPV)
775                 initial_pvs = MINPV;
776         pvzone = &pvzone_store;
777         pvinit = (struct pv_entry *) kmem_alloc(&kernel_map,
778                 initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
779         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry), pvinit,
780                 initial_pvs);
781
782         /*
783          * Now it is safe to enable pv_table recording.
784          */
785         pmap_initialized = TRUE;
786 #ifdef SMP
787         lapic = pmap_mapdev_uncacheable(cpu_apic_address, sizeof(struct LAPIC));
788 #endif
789 }
790
791 /*
792  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
793  * high water mark so that the system can recover from excessive
794  * numbers of pv entries.
795  */
796 void
797 pmap_init2(void)
798 {
799         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
800
801         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
802         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
803         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
804         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
805         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, pv_entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
806 }
807
808
809 /***************************************************
810  * Low level helper routines.....
811  ***************************************************/
812
813 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
814
815 /*
816  * This code checks for non-writeable/modified pages.
817  * This should be an invalid condition.
818  */
819 static
820 int
821 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
822 {
823         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
824                 return 1;
825         else
826                 return 0;
827 }
828 #endif
829
830
831 /*
832  * this routine defines the region(s) of memory that should
833  * not be tested for the modified bit.
834  */
835 static __inline
836 int
837 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
838 {
839         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
840                 return 1;
841         else
842                 return 0;
843 }
844
845 /*
846  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
847  *
848  * The caller must hold vm_token if non-blocking operation is desired.
849  */
850 vm_paddr_t 
851 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
852 {
853         vm_paddr_t rtval;
854         pt_entry_t *pte;
855         pd_entry_t pde, *pdep;
856
857         lwkt_gettoken(&vm_token);
858         rtval = 0;
859         pdep = pmap_pde(pmap, va);
860         if (pdep != NULL) {
861                 pde = *pdep;
862                 if (pde) {
863                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
864                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
865                         } else {
866                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
867                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
868                         }
869                 }
870         }
871         lwkt_reltoken(&vm_token);
872         return rtval;
873 }
874
875 /*
876  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
877  */
878 vm_paddr_t
879 pmap_kextract(vm_offset_t va)
880 {
881         pd_entry_t pde;
882         vm_paddr_t pa;
883
884         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
885                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
886         } else {
887                 pde = *vtopde(va);
888                 if (pde & PG_PS) {
889                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
890                 } else {
891                         /*
892                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
893                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
894                          * be used to access the PTE because it would use the
895                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
896                          * because the page table page is preserved by the
897                          * promotion.
898                          */
899                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
900                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
901                 }
902         }
903         return pa;
904 }
905
906 /***************************************************
907  * Low level mapping routines.....
908  ***************************************************/
909
910 /*
911  * Routine: pmap_kenter
912  * Function:
913  *      Add a wired page to the KVA
914  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
915  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
916  */
917 void 
918 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
919 {
920         pt_entry_t *pte;
921         pt_entry_t npte;
922         pmap_inval_info info;
923
924         pmap_inval_init(&info);
925         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
926         pte = vtopte(va);
927         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
928         *pte = npte;
929         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
930         pmap_inval_done(&info);
931 }
932
933 /*
934  * Routine: pmap_kenter_quick
935  * Function:
936  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
937  *      mapping on the current CPU.
938  */
939 void
940 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
941 {
942         pt_entry_t *pte;
943         pt_entry_t npte;
944
945         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
946         pte = vtopte(va);
947         *pte = npte;
948         cpu_invlpg((void *)va);
949 }
950
951 void
952 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
953 {
954         pmap_inval_info info;
955
956         pmap_inval_init(&info);
957         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
958         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
959         pmap_inval_done(&info);
960 }
961
962 void
963 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
964 {
965         cpu_invlpg((void *)va);
966 }
967
968 /*
969  * remove a page from the kernel pagetables
970  */
971 void
972 pmap_kremove(vm_offset_t va)
973 {
974         pt_entry_t *pte;
975         pmap_inval_info info;
976
977         pmap_inval_init(&info);
978         pte = vtopte(va);
979         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
980         *pte = 0;
981         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
982         pmap_inval_done(&info);
983 }
984
985 void
986 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
987 {
988         pt_entry_t *pte;
989         pte = vtopte(va);
990         *pte = 0;
991         cpu_invlpg((void *)va);
992 }
993
994 /*
995  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
996  */
997 void
998 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
999 {
1000         *vtopte(va) |= PG_RW;
1001         cpu_invlpg((void *)va);
1002 }
1003
1004 void
1005 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1006 {
1007         *vtopte(va) |= PG_N;
1008         cpu_invlpg((void *)va);
1009 }
1010
1011 /*
1012  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1013  *      virtual address space.
1014  *
1015  *      For now, VM is already on, we only need to map the
1016  *      specified memory.
1017  */
1018 vm_offset_t
1019 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1020 {
1021         return PHYS_TO_DMAP(start);
1022 }
1023
1024
1025 /*
1026  * Add a list of wired pages to the kva
1027  * this routine is only used for temporary
1028  * kernel mappings that do not need to have
1029  * page modification or references recorded.
1030  * Note that old mappings are simply written
1031  * over.  The page *must* be wired.
1032  */
1033 void
1034 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1035 {
1036         vm_offset_t end_va;
1037
1038         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1039                 
1040         while (va < end_va) {
1041                 pt_entry_t *pte;
1042
1043                 pte = vtopte(va);
1044                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1045                 cpu_invlpg((void *)va);
1046                 va += PAGE_SIZE;
1047                 m++;
1048         }
1049 #ifdef SMP
1050         smp_invltlb();  /* XXX */
1051 #endif
1052 }
1053
1054 /*
1055  * This routine jerks page mappings from the
1056  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1057  *
1058  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1059  */
1060 void
1061 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1062 {
1063         vm_offset_t end_va;
1064
1065         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1066
1067         while (va < end_va) {
1068                 pt_entry_t *pte;
1069
1070                 pte = vtopte(va);
1071                 *pte = 0;
1072                 cpu_invlpg((void *)va);
1073                 va += PAGE_SIZE;
1074         }
1075 #ifdef SMP
1076         smp_invltlb();
1077 #endif
1078 }
1079
1080 /*
1081  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
1082  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
1083  *
1084  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
1085  * the call should be made with a critical section held so the page's object
1086  * association remains valid on return.
1087  */
1088 static
1089 vm_page_t
1090 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1091 {
1092         vm_page_t m;
1093
1094         do {
1095                 m = vm_page_lookup(object, pindex);
1096         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"));
1097
1098         return(m);
1099 }
1100
1101 /*
1102  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1103  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1104  */
1105 void
1106 pmap_init_thread(thread_t td)
1107 {
1108         /* enforce pcb placement */
1109         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1110         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1111         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16; /* JG is -16 needed on x86_64? */
1112 }
1113
1114 /*
1115  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1116  */
1117 void
1118 pmap_init_proc(struct proc *p)
1119 {
1120 }
1121
1122 /*
1123  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1124  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1125  */
1126 void
1127 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1128 {
1129         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1130 }
1131
1132 /***************************************************
1133  * Page table page management routines.....
1134  ***************************************************/
1135
1136 /*
1137  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1138  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1139  */
1140 static __inline
1141 int
1142 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1143                      pmap_inval_info_t info)
1144 {
1145         KKASSERT(m->hold_count > 0);
1146         if (m->hold_count > 1) {
1147                 vm_page_unhold(m);
1148                 return 0;
1149         } else {
1150                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, info);
1151         }
1152 }
1153
1154 static
1155 int
1156 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1157                       pmap_inval_info_t info)
1158 {
1159         /* 
1160          * Wait until we can busy the page ourselves.  We cannot have
1161          * any active flushes if we block.  We own one hold count on the
1162          * page so it cannot be freed out from under us.
1163          */
1164         if (m->flags & PG_BUSY) {
1165                 pmap_inval_flush(info);
1166                 while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
1167                         ;
1168         }
1169         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1170                 ("_pmap_unwire_pte_hold: %p->queue != PQ_NONE", m));
1171
1172         /*
1173          * This case can occur if new references were acquired while
1174          * we were blocked.
1175          */
1176         if (m->hold_count > 1) {
1177                 KKASSERT(m->hold_count > 1);
1178                 vm_page_unhold(m);
1179                 return 0;
1180         }
1181
1182         /*
1183          * Unmap the page table page
1184          */
1185         KKASSERT(m->hold_count == 1);
1186         vm_page_busy(m);
1187         pmap_inval_interlock(info, pmap, -1);
1188
1189         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1190                 /* PDP page */
1191                 pml4_entry_t *pml4;
1192                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1193                 *pml4 = 0;
1194         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1195                 /* PD page */
1196                 pdp_entry_t *pdp;
1197                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1198                 *pdp = 0;
1199         } else {
1200                 /* PT page */
1201                 pd_entry_t *pd;
1202                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1203                 *pd = 0;
1204         }
1205
1206         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1207         --pmap->pm_stats.resident_count;
1208
1209         if (pmap->pm_ptphint == m)
1210                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1211         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
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         lwkt_gettoken(&vm_token);
1367         if ((p = pmap->pm_pdirm) != NULL) {
1368                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != NULL);
1369                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1370                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1371                 p->wire_count--;
1372                 vmstats.v_wire_count--;
1373                 KKASSERT((p->flags & PG_BUSY) == 0);
1374                 vm_page_busy(p);
1375                 vm_page_free_zero(p);
1376                 pmap->pm_pdirm = NULL;
1377         }
1378         if (pmap->pm_pml4) {
1379                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1380                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1381                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1382         }
1383         if (pmap->pm_pteobj) {
1384                 vm_object_deallocate(pmap->pm_pteobj);
1385                 pmap->pm_pteobj = NULL;
1386         }
1387         lwkt_reltoken(&vm_token);
1388 }
1389
1390 /*
1391  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1392  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1393  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1394  * then copies the template.
1395  */
1396 void
1397 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1398 {
1399         crit_enter();
1400         lwkt_gettoken(&vm_token);
1401         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1402         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1403         lwkt_reltoken(&vm_token);
1404         crit_exit();
1405 }
1406
1407 /*
1408  * Attempt to release and free a vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1409  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1410  *
1411  * When asked to remove the page directory page itself, we actually just
1412  * leave it cached so we do not have to incur the SMP inval overhead of
1413  * removing the kernel mapping.  pmap_puninit() will take care of it.
1414  */
1415 static
1416 int
1417 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1418 {
1419         /*
1420          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1421          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1422          * might as well be placed directly into the zero queue.
1423          */
1424         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1425                 return 0;
1426
1427         vm_page_busy(p);
1428
1429         /*
1430          * Remove the page table page from the processes address space.
1431          */
1432         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1433                 /*
1434                  * We are the pml4 table itself.
1435                  */
1436                 /* XXX anything to do here? */
1437         } else if (p->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1438                 /*
1439                  * Remove a PDP page from the PML4.  We do not maintain
1440                  * hold counts on the PML4 page.
1441                  */
1442                 pml4_entry_t *pml4;
1443                 vm_page_t m4;
1444                 int idx;
1445
1446                 m4 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I);
1447                 KKASSERT(m4 != NULL);
1448                 pml4 = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m4));
1449                 idx = (p->pindex - (NUPDE + NUPDPE)) % NPML4EPG;
1450                 KKASSERT(pml4[idx] != 0);
1451                 pml4[idx] = 0;
1452         } else if (p->pindex >= NUPDE) {
1453                 /*
1454                  * Remove a PD page from the PDP and drop the hold count
1455                  * on the PDP.  The PDP is left cached in the pmap if
1456                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1457                  * intact.
1458                  */
1459                 vm_page_t m3;
1460                 pdp_entry_t *pdp;
1461                 int idx;
1462
1463                 m3 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1464                                 NUPDE + NUPDPE + (p->pindex - NUPDE) / NPDPEPG);
1465                 KKASSERT(m3 != NULL);
1466                 pdp = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m3));
1467                 idx = (p->pindex - NUPDE) % NPDPEPG;
1468                 KKASSERT(pdp[idx] != 0);
1469                 pdp[idx] = 0;
1470                 m3->hold_count--;
1471         } else {
1472                 /*
1473                  * Remove a PT page from the PD and drop the hold count
1474                  * on the PD.  The PD is left cached in the pmap if
1475                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1476                  * intact.
1477                  */
1478                 vm_page_t m2;
1479                 pd_entry_t *pd;
1480                 int idx;
1481
1482                 m2 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1483                                     NUPDE + p->pindex / NPDEPG);
1484                 KKASSERT(m2 != NULL);
1485                 pd = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m2));
1486                 idx = p->pindex % NPDEPG;
1487                 pd[idx] = 0;
1488                 m2->hold_count--;
1489         }
1490
1491         /*
1492          * One fewer mappings in the pmap.  p's hold count had better
1493          * be zero.
1494          */
1495         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1496         --pmap->pm_stats.resident_count;
1497         if (p->hold_count)
1498                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1499         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1500                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1501
1502         /*
1503          * We leave the top-level page table page cached, wired, and mapped in
1504          * the pmap until the dtor function (pmap_puninit()) gets called.
1505          * However, still clean it up so we can set PG_ZERO.
1506          */
1507         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1508                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1509                 vm_page_flag_set(p, PG_ZERO);
1510                 vm_page_wakeup(p);
1511         } else {
1512                 p->wire_count--;
1513                 KKASSERT(p->wire_count == 0);
1514                 vmstats.v_wire_count--;
1515                 /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1516                 vm_page_free(p);
1517         }
1518         return 1;
1519 }
1520
1521 /*
1522  * This routine is called when various levels in the page table need to
1523  * be populated.  This routine cannot fail.
1524  */
1525 static
1526 vm_page_t
1527 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex)
1528 {
1529         vm_page_t m;
1530
1531         /*
1532          * Find or fabricate a new pagetable page.  This will busy the page.
1533          */
1534         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1535                          VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1536         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1537                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1538         }
1539
1540         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1541                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1542
1543         /*
1544          * Increment the hold count for the page we will be returning to
1545          * the caller.
1546          */
1547         m->hold_count++;
1548         if (m->wire_count++ == 0)
1549                 vmstats.v_wire_count++;
1550
1551         /*
1552          * Map the pagetable page into the process address space, if
1553          * it isn't already there.
1554          *
1555          * It is possible that someone else got in and mapped the page
1556          * directory page while we were blocked, if so just unbusy and
1557          * return the held page.
1558          */
1559         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1560                 /*
1561                  * Wire up a new PDP page in the PML4
1562                  */
1563                 vm_pindex_t pml4index;
1564                 pml4_entry_t *pml4;
1565
1566                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1567                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1568                 if (*pml4 & PG_V) {
1569                         if (--m->wire_count == 0)
1570                                 --vmstats.v_wire_count;
1571                         vm_page_wakeup(m);
1572                         return(m);
1573                 }
1574                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1575         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1576                 /*
1577                  * Wire up a new PD page in the PDP
1578                  */
1579                 vm_pindex_t pml4index;
1580                 vm_pindex_t pdpindex;
1581                 vm_page_t pdppg;
1582                 pml4_entry_t *pml4;
1583                 pdp_entry_t *pdp;
1584
1585                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1586                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1587
1588                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1589                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1590                         /*
1591                          * Have to allocate a new PDP page, recurse.
1592                          * This always succeeds.  Returned page will
1593                          * be held.
1594                          */
1595                         pdppg = _pmap_allocpte(pmap,
1596                                                NUPDE + NUPDPE + pml4index);
1597                 } else {
1598                         /*
1599                          * Add a held reference to the PDP page.
1600                          */
1601                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1602                         pdppg->hold_count++;
1603                 }
1604
1605                 /*
1606                  * Now find the pdp_entry and map the PDP.  If the PDP
1607                  * has already been mapped unwind and return the
1608                  * already-mapped PDP held.
1609                  *
1610                  * pdppg is left held (hold_count is incremented for
1611                  * each PD in the PDP).
1612                  */
1613                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1614                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1615                 if (*pdp & PG_V) {
1616                         vm_page_unhold(pdppg);
1617                         if (--m->wire_count == 0)
1618                                 --vmstats.v_wire_count;
1619                         vm_page_wakeup(m);
1620                         return(m);
1621                 }
1622                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1623         } else {
1624                 /*
1625                  * Wire up the new PT page in the PD
1626                  */
1627                 vm_pindex_t pml4index;
1628                 vm_pindex_t pdpindex;
1629                 pml4_entry_t *pml4;
1630                 pdp_entry_t *pdp;
1631                 pd_entry_t *pd;
1632                 vm_page_t pdpg;
1633
1634                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1635                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1636
1637                 /*
1638                  * Locate the PDP page in the PML4, then the PD page in
1639                  * the PDP.  If either does not exist we simply recurse
1640                  * to allocate them.
1641                  *
1642                  * We can just recurse on the PD page as it will recurse
1643                  * on the PDP if necessary.
1644                  */
1645                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1646                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1647                         pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1648                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1649                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1650                 } else {
1651                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1652                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1653                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1654                                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1655                         } else {
1656                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1657                                 pdpg->hold_count++;
1658                         }
1659                 }
1660
1661                 /*
1662                  * Now fill in the pte in the PD.  If the pte already exists
1663                  * (again, if we raced the grab), unhold pdpg and unwire
1664                  * m, returning a held m.
1665                  *
1666                  * pdpg is left held (hold_count is incremented for
1667                  * each PT in the PD).
1668                  */
1669                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1670                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1671                 if (*pd != 0) {
1672                         vm_page_unhold(pdpg);
1673                         if (--m->wire_count == 0)
1674                                 --vmstats.v_wire_count;
1675                         vm_page_wakeup(m);
1676                         return(m);
1677                 }
1678                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1679         }
1680
1681         /*
1682          * We successfully loaded a PDP, PD, or PTE.  Set the page table hint,
1683          * valid bits, mapped flag, unbusy, and we're done.
1684          */
1685         pmap->pm_ptphint = m;
1686         ++pmap->pm_stats.resident_count;
1687
1688         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1689         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1690         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1691         vm_page_wakeup(m);
1692
1693         return (m);
1694 }
1695
1696 static
1697 vm_page_t
1698 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1699 {
1700         vm_pindex_t ptepindex;
1701         pd_entry_t *pd;
1702         vm_page_t m;
1703
1704         /*
1705          * Calculate pagetable page index
1706          */
1707         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1708
1709         /*
1710          * Get the page directory entry
1711          */
1712         pd = pmap_pde(pmap, va);
1713
1714         /*
1715          * This supports switching from a 2MB page to a
1716          * normal 4K page.
1717          */
1718         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1719                 panic("no promotion/demotion yet");
1720                 *pd = 0;
1721                 pd = NULL;
1722                 cpu_invltlb();
1723                 smp_invltlb();
1724         }
1725
1726         /*
1727          * If the page table page is mapped, we just increment the
1728          * hold count, and activate it.
1729          */
1730         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1731                 /* YYY hint is used here on i386 */
1732                 m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1733                 pmap->pm_ptphint = m;
1734                 m->hold_count++;
1735                 return m;
1736         }
1737         /*
1738          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1739          */
1740         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1741 }
1742
1743
1744 /***************************************************
1745  * Pmap allocation/deallocation routines.
1746  ***************************************************/
1747
1748 /*
1749  * Release any resources held by the given physical map.
1750  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1751  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1752  */
1753 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1754
1755 void
1756 pmap_release(struct pmap *pmap)
1757 {
1758         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1759         struct rb_vm_page_scan_info info;
1760
1761         KASSERT(pmap->pm_active == 0, ("pmap still active! %08x", pmap->pm_active));
1762 #if defined(DIAGNOSTIC)
1763         if (object->ref_count != 1)
1764                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1765 #endif
1766         
1767         info.pmap = pmap;
1768         info.object = object;
1769         crit_enter();
1770         lwkt_gettoken(&vm_token);
1771         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1772         crit_exit();
1773
1774         do {
1775                 crit_enter();
1776                 info.error = 0;
1777                 info.mpte = NULL;
1778                 info.limit = object->generation;
1779
1780                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1781                                         pmap_release_callback, &info);
1782                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1783                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1784                                 info.error = 1;
1785                 }
1786                 crit_exit();
1787         } while (info.error);
1788         lwkt_reltoken(&vm_token);
1789 }
1790
1791 static
1792 int
1793 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1794 {
1795         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1796
1797         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1798                 info->mpte = p;
1799                 return(0);
1800         }
1801         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1802                 info->error = 1;
1803                 return(-1);
1804         }
1805         if (info->object->generation != info->limit) {
1806                 info->error = 1;
1807                 return(-1);
1808         }
1809         return(0);
1810 }
1811
1812 /*
1813  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1814  */
1815 void
1816 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1817 {
1818         vm_paddr_t paddr;
1819         vm_offset_t ptppaddr;
1820         vm_page_t nkpg;
1821         pd_entry_t *pde, newpdir;
1822         pdp_entry_t newpdp;
1823
1824         crit_enter();
1825         lwkt_gettoken(&vm_token);
1826         if (kernel_vm_end == 0) {
1827                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1828                 nkpt = 0;
1829                 while ((*pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1830                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1831                         nkpt++;
1832                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1833                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1834                                 break;                       
1835                         }
1836                 }
1837         }
1838         addr = roundup2(addr, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1839         if (addr - 1 >= kernel_map.max_offset)
1840                 addr = kernel_map.max_offset;
1841         while (kernel_vm_end < addr) {
1842                 pde = pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end);
1843                 if (pde == NULL) {
1844                         /* We need a new PDP entry */
1845                         nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1846                                              VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM
1847                                              | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1848                         if (nkpg == NULL)
1849                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1850                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1851                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1852                                 pmap_zero_page(paddr);
1853                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1854                         newpdp = (pdp_entry_t)
1855                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1856                         *pmap_pdpe(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdp;
1857                         nkpt++;
1858                         continue; /* try again */
1859                 }
1860                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1861                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1862                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1863                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1864                                 break;                       
1865                         }
1866                         continue;
1867                 }
1868
1869                 /*
1870                  * This index is bogus, but out of the way
1871                  */
1872                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1873                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1874                 if (nkpg == NULL)
1875                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1876
1877                 vm_page_wire(nkpg);
1878                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1879                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1880                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1881                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1882                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1883                 nkpt++;
1884
1885                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1886                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1887                         kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1888                         break;                       
1889                 }
1890         }
1891         lwkt_reltoken(&vm_token);
1892         crit_exit();
1893 }
1894
1895 /*
1896  *      Retire the given physical map from service.
1897  *      Should only be called if the map contains
1898  *      no valid mappings.
1899  */
1900 void
1901 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1902 {
1903         int count;
1904
1905         if (pmap == NULL)
1906                 return;
1907
1908         lwkt_gettoken(&vm_token);
1909         count = --pmap->pm_count;
1910         if (count == 0) {
1911                 pmap_release(pmap);
1912                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1913         }
1914         lwkt_reltoken(&vm_token);
1915 }
1916
1917 /*
1918  *      Add a reference to the specified pmap.
1919  */
1920 void
1921 pmap_reference(pmap_t pmap)
1922 {
1923         if (pmap != NULL) {
1924                 lwkt_gettoken(&vm_token);
1925                 pmap->pm_count++;
1926                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1927         }
1928 }
1929
1930 /***************************************************
1931 * page management routines.
1932  ***************************************************/
1933
1934 /*
1935  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
1936  * called from an interrupt.
1937  */
1938 static __inline
1939 void
1940 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1941 {
1942         pv_entry_count--;
1943         KKASSERT(pv_entry_count >= 0);
1944         zfree(pvzone, pv);
1945 }
1946
1947 /*
1948  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1949  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
1950  */
1951 static
1952 pv_entry_t
1953 get_pv_entry(void)
1954 {
1955         pv_entry_count++;
1956         if (pv_entry_high_water &&
1957                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
1958                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
1959                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
1960                 wakeup(&vm_pages_needed);
1961         }
1962         return zalloc(pvzone);
1963 }
1964
1965 /*
1966  * This routine is very drastic, but can save the system
1967  * in a pinch.
1968  */
1969 void
1970 pmap_collect(void)
1971 {
1972         int i;
1973         vm_page_t m;
1974         static int warningdone=0;
1975
1976         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
1977                 return;
1978         lwkt_gettoken(&vm_token);
1979         if (warningdone < 5) {
1980                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
1981                 warningdone++;
1982         }
1983
1984         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1985                 m = &vm_page_array[i];
1986                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
1987                     (m->flags & PG_BUSY))
1988                         continue;
1989                 pmap_remove_all(m);
1990         }
1991         pmap_pagedaemon_waken = 0;
1992         lwkt_reltoken(&vm_token);
1993 }
1994         
1995
1996 /*
1997  * If it is the first entry on the list, it is actually
1998  * in the header and we must copy the following entry up
1999  * to the header.  Otherwise we must search the list for
2000  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
2001  */
2002 static
2003 int
2004 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
2005                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2006 {
2007         pv_entry_t pv;
2008         int rtval;
2009
2010         crit_enter();
2011         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
2012                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2013                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
2014                                 break;
2015                 }
2016         } else {
2017                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
2018                         if (va == pv->pv_va) 
2019                                 break;
2020                 }
2021         }
2022
2023         rtval = 0;
2024         KKASSERT(pv);
2025
2026         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2027         m->md.pv_list_count--;
2028         KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2029         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2030                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2031         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2032         ++pmap->pm_generation;
2033         rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
2034         free_pv_entry(pv);
2035
2036         crit_exit();
2037         return rtval;
2038 }
2039
2040 /*
2041  * Create a pv entry for page at pa for
2042  * (pmap, va).
2043  */
2044 static
2045 void
2046 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
2047 {
2048         pv_entry_t pv;
2049
2050         crit_enter();
2051         pv = get_pv_entry();
2052         pv->pv_va = va;
2053         pv->pv_pmap = pmap;
2054         pv->pv_ptem = mpte;
2055
2056         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2057         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2058         ++pmap->pm_generation;
2059         m->md.pv_list_count++;
2060
2061         crit_exit();
2062 }
2063
2064 /*
2065  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2066  */
2067 static
2068 int
2069 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2070         pmap_inval_info_t info)
2071 {
2072         pt_entry_t oldpte;
2073         vm_page_t m;
2074
2075         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2076         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2077         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2078         if (oldpte & PG_W)
2079                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2080         /*
2081          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2082          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
2083          * the SMP case.
2084          */
2085         if (oldpte & PG_G)
2086                 cpu_invlpg((void *)va);
2087         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2088         --pmap->pm_stats.resident_count;
2089         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2090                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
2091                 if (oldpte & PG_M) {
2092 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2093                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
2094                                 kprintf(
2095         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2096                                     va, oldpte);
2097                         }
2098 #endif
2099                         if (pmap_track_modified(va))
2100                                 vm_page_dirty(m);
2101                 }
2102                 if (oldpte & PG_A)
2103                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2104                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
2105         } else {
2106                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
2107         }
2108
2109         return 0;
2110 }
2111
2112 /*
2113  * pmap_remove_page:
2114  *
2115  *      Remove a single page from a process address space.
2116  *
2117  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2118  *      not kernel_pmap.
2119  */
2120 static
2121 void
2122 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2123 {
2124         pt_entry_t *pte;
2125
2126         pte = pmap_pte(pmap, va);
2127         if (pte == NULL)
2128                 return;
2129         if ((*pte & PG_V) == 0)
2130                 return;
2131         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, info);
2132 }
2133
2134 /*
2135  * pmap_remove:
2136  *
2137  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2138  *
2139  *      It is assumed that the start and end are properly
2140  *      rounded to the page size.
2141  *
2142  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2143  *      not kernel_pmap.
2144  */
2145 void
2146 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2147 {
2148         vm_offset_t va_next;
2149         pml4_entry_t *pml4e;
2150         pdp_entry_t *pdpe;
2151         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2152         pt_entry_t *pte;
2153         struct pmap_inval_info info;
2154
2155         if (pmap == NULL)
2156                 return;
2157
2158         lwkt_gettoken(&vm_token);
2159         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
2160                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2161                 return;
2162         }
2163
2164         pmap_inval_init(&info);
2165
2166         /*
2167          * special handling of removing one page.  a very
2168          * common operation and easy to short circuit some
2169          * code.
2170          */
2171         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2172                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2173                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2174                         pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
2175                         pmap_inval_done(&info);
2176                         lwkt_reltoken(&vm_token);
2177                         return;
2178                 }
2179         }
2180
2181         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2182                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2183                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2184                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2185                         if (va_next < sva)
2186                                 va_next = eva;
2187                         continue;
2188                 }
2189
2190                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2191                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2192                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2193                         if (va_next < sva)
2194                                 va_next = eva;
2195                         continue;
2196                 }
2197
2198                 /*
2199                  * Calculate index for next page table.
2200                  */
2201                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2202                 if (va_next < sva)
2203                         va_next = eva;
2204
2205                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2206                 ptpaddr = *pde;
2207
2208                 /*
2209                  * Weed out invalid mappings.
2210                  */
2211                 if (ptpaddr == 0)
2212                         continue;
2213
2214                 /*
2215                  * Check for large page.
2216                  */
2217                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2218                         /* JG FreeBSD has more complex treatment here */
2219                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2220                         *pde = 0;
2221                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2222                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2223                         continue;
2224                 }
2225
2226                 /*
2227                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2228                  * by the current page table page, or to the end of the
2229                  * range being removed.
2230                  */
2231                 if (va_next > eva)
2232                         va_next = eva;
2233
2234                 /*
2235                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
2236                  */
2237                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2238                     sva += PAGE_SIZE) {
2239                         if (*pte == 0)
2240                                 continue;
2241                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &info))
2242                                 break;
2243                 }
2244         }
2245         pmap_inval_done(&info);
2246         lwkt_reltoken(&vm_token);
2247 }
2248
2249 /*
2250  * pmap_remove_all:
2251  *
2252  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2253  *      Reflects back modify bits to the pager.
2254  *
2255  *      This routine may not be called from an interrupt.
2256  */
2257
2258 static
2259 void
2260 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2261 {
2262         struct pmap_inval_info info;
2263         pt_entry_t *pte, tpte;
2264         pv_entry_t pv;
2265
2266         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2267                 return;
2268
2269         lwkt_gettoken(&vm_token);
2270         pmap_inval_init(&info);
2271         crit_enter();
2272         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2273                 KKASSERT(pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2274                 --pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count;
2275
2276                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2277                 pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2278                 tpte = pte_load_clear(pte);
2279                 if (tpte & PG_W)
2280                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
2281                 pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
2282                 if (tpte & PG_A)
2283                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2284
2285                 /*
2286                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2287                  */
2288                 if (tpte & PG_M) {
2289 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2290                         if (pmap_nw_modified(tpte)) {
2291                                 kprintf(
2292         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2293                                     pv->pv_va, tpte);
2294                         }
2295 #endif
2296                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
2297                                 vm_page_dirty(m);
2298                 }
2299                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2300                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2301                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
2302                 m->md.pv_list_count--;
2303                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2304                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2305                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2306                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2307                 free_pv_entry(pv);
2308         }
2309         crit_exit();
2310         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2311         pmap_inval_done(&info);
2312         lwkt_reltoken(&vm_token);
2313 }
2314
2315 /*
2316  * pmap_protect:
2317  *
2318  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2319  *      as requested.
2320  *
2321  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2322  *      not the kernel_pmap.
2323  */
2324 void
2325 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2326 {
2327         vm_offset_t va_next;
2328         pml4_entry_t *pml4e;
2329         pdp_entry_t *pdpe;
2330         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2331         pt_entry_t *pte;
2332         pmap_inval_info info;
2333
2334         /* JG review for NX */
2335
2336         if (pmap == NULL)
2337                 return;
2338
2339         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2340                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2341                 return;
2342         }
2343
2344         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2345                 return;
2346
2347         lwkt_gettoken(&vm_token);
2348         pmap_inval_init(&info);
2349
2350         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2351
2352                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2353                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2354                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2355                         if (va_next < sva)
2356                                 va_next = eva;
2357                         continue;
2358                 }
2359
2360                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2361                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2362                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2363                         if (va_next < sva)
2364                                 va_next = eva;
2365                         continue;
2366                 }
2367
2368                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2369                 if (va_next < sva)
2370                         va_next = eva;
2371
2372                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2373                 ptpaddr = *pde;
2374
2375                 /*
2376                  * Check for large page.
2377                  */
2378                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2379                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2380                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
2381                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2382                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2383                         continue;
2384                 }
2385
2386                 /*
2387                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2388                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2389                  */
2390                 if (ptpaddr == 0)
2391                         continue;
2392
2393                 if (va_next > eva)
2394                         va_next = eva;
2395
2396                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2397                      sva += PAGE_SIZE) {
2398                         pt_entry_t pbits;
2399                         pt_entry_t cbits;
2400                         vm_page_t m;
2401
2402                         /*
2403                          * XXX non-optimal.  Note also that there can be
2404                          * no pmap_inval_flush() calls until after we modify
2405                          * ptbase[sindex] (or otherwise we have to do another
2406                          * pmap_inval_add() call).
2407                          */
2408                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, sva);
2409 again:
2410                         pbits = *pte;
2411                         cbits = pbits;
2412                         if ((pbits & PG_V) == 0) {
2413                                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2414                                 continue;
2415                         }
2416                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2417                                 m = NULL;
2418                                 if (pbits & PG_A) {
2419                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2420                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2421                                         cbits &= ~PG_A;
2422                                 }
2423                                 if (pbits & PG_M) {
2424                                         if (pmap_track_modified(sva)) {
2425                                                 if (m == NULL)
2426                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2427                                                 vm_page_dirty(m);
2428                                                 cbits &= ~PG_M;
2429                                         }
2430                                 }
2431                         }
2432                         cbits &= ~PG_RW;
2433                         if (pbits != cbits &&
2434                             !atomic_cmpset_long(pte, pbits, cbits)) {
2435                                 goto again;
2436                         }
2437                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2438                 }
2439         }
2440         pmap_inval_done(&info);
2441         lwkt_reltoken(&vm_token);
2442 }
2443
2444 /*
2445  *      Insert the given physical page (p) at
2446  *      the specified virtual address (v) in the
2447  *      target physical map with the protection requested.
2448  *
2449  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2450  *      that the related pte can not be reclaimed.
2451  *
2452  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2453  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2454  *      insert this page into the given map NOW.
2455  */
2456 void
2457 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2458            boolean_t wired)
2459 {
2460         vm_paddr_t pa;
2461         pd_entry_t *pde;
2462         pt_entry_t *pte;
2463         vm_paddr_t opa;
2464         pt_entry_t origpte, newpte;
2465         vm_page_t mpte;
2466         pmap_inval_info info;
2467
2468         if (pmap == NULL)
2469                 return;
2470
2471         va = trunc_page(va);
2472 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
2473         if (va >= KvaEnd)
2474                 panic("pmap_enter: toobig");
2475         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
2476                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
2477 #endif
2478         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2479                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
2480 #ifdef DDB
2481                 db_print_backtrace();
2482 #endif
2483         }
2484         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2485                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
2486 #ifdef DDB
2487                 db_print_backtrace();
2488 #endif
2489         }
2490
2491         lwkt_gettoken(&vm_token);
2492
2493         /*
2494          * In the case that a page table page is not
2495          * resident, we are creating it here.
2496          */
2497         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2498                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
2499         else
2500                 mpte = NULL;
2501
2502         pmap_inval_init(&info);
2503         pde = pmap_pde(pmap, va);
2504         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2505                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2506                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2507                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2508         } else
2509                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2510
2511         KKASSERT(pte != NULL);
2512         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2513         origpte = *pte;
2514         opa = origpte & PG_FRAME;
2515
2516         /*
2517          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2518          */
2519         if (origpte && (opa == pa)) {
2520                 /*
2521                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2522                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2523                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2524                  * the PT page will be also.
2525                  */
2526                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2527                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2528                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2529                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2530
2531 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2532                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
2533                         kprintf(
2534         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2535                             va, origpte);
2536                 }
2537 #endif
2538
2539                 /*
2540                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
2541                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
2542                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
2543                  * bits below.
2544                  */
2545                 if (mpte)
2546                         mpte->hold_count--;
2547
2548                 /*
2549                  * We might be turning off write access to the page,
2550                  * so we go ahead and sense modify status.
2551                  */
2552                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2553                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2554                                 vm_page_t om;
2555                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2556                                 vm_page_dirty(om);
2557                         }
2558                         pa |= PG_MANAGED;
2559                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
2560                 }
2561                 goto validate;
2562         } 
2563         /*
2564          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2565          * handle validating new mapping.
2566          */
2567         while (opa) {
2568                 int err;
2569                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2570                 if (err)
2571                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%lx", va);
2572                 origpte = *pte;
2573                 opa = origpte & PG_FRAME;
2574                 if (opa) {
2575                         kprintf("pmap_enter: Warning, raced pmap %p va %p\n",
2576                                 pmap, (void *)va);
2577                 }
2578         }
2579
2580         /*
2581          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2582          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2583          * called at interrupt time.
2584          */
2585         if (pmap_initialized && 
2586             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2587                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2588                 pa |= PG_MANAGED;
2589                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2590         }
2591
2592         /*
2593          * Increment counters
2594          */
2595         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2596         if (wired)
2597                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2598
2599 validate:
2600         /*
2601          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2602          */
2603         newpte = (pt_entry_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2604
2605         if (wired)
2606                 newpte |= PG_W;
2607         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2608                 newpte |= PG_U;
2609         if (pmap == &kernel_pmap)
2610                 newpte |= pgeflag;
2611
2612         /*
2613          * if the mapping or permission bits are different, we need
2614          * to update the pte.
2615          */
2616         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2617                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
2618                 *pte = newpte | PG_A;
2619                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2620                 if (newpte & PG_RW)
2621                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
2622         }
2623         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
2624         pmap_inval_done(&info);
2625         lwkt_reltoken(&vm_token);
2626 }
2627
2628 /*
2629  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
2630  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
2631  * VA.
2632  *
2633  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
2634  */
2635 void
2636 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2637 {
2638         pt_entry_t *pte;
2639         vm_paddr_t pa;
2640         vm_page_t mpte;
2641         vm_pindex_t ptepindex;
2642         pd_entry_t *ptepa;
2643         pmap_inval_info info;
2644
2645         lwkt_gettoken(&vm_token);
2646         pmap_inval_init(&info);
2647
2648         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2649                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2650 #ifdef DDB
2651                 db_print_backtrace();
2652 #endif
2653         }
2654         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2655                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2656 #ifdef DDB
2657                 db_print_backtrace();
2658 #endif
2659         }
2660
2661         KKASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS); /* assert used on user pmaps only */
2662
2663         /*
2664          * Calculate the page table page (mpte), allocating it if necessary.
2665          *
2666          * A held page table page (mpte), or NULL, is passed onto the
2667          * section following.
2668          */
2669         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2670                 /*
2671                  * Calculate pagetable page index
2672                  */
2673                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2674
2675                 do {
2676                         /*
2677                          * Get the page directory entry
2678                          */
2679                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2680
2681                         /*
2682                          * If the page table page is mapped, we just increment
2683                          * the hold count, and activate it.
2684                          */
2685                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2686                                 if (*ptepa & PG_PS)
2687                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2688 //                              if (pmap->pm_ptphint &&
2689 //                                  (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2690 //                                      mpte = pmap->pm_ptphint;
2691 //                              } else {
2692                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2693                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2694 //                              }
2695                                 if (mpte)
2696                                         mpte->hold_count++;
2697                         } else {
2698                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2699                         }
2700                 } while (mpte == NULL);
2701         } else {
2702                 mpte = NULL;
2703                 /* this code path is not yet used */
2704         }
2705
2706         /*
2707          * With a valid (and held) page directory page, we can just use
2708          * vtopte() to get to the pte.  If the pte is already present
2709          * we do not disturb it.
2710          */
2711         pte = vtopte(va);
2712         if (*pte & PG_V) {
2713                 if (mpte)
2714                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &info);
2715                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2716                 KKASSERT(((*pte ^ pa) & PG_FRAME) == 0);
2717                 pmap_inval_done(&info);
2718                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2719                 return;
2720         }
2721
2722         /*
2723          * Enter on the PV list if part of our managed memory
2724          */
2725         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2726                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2727                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2728         }
2729
2730         /*
2731          * Increment counters
2732          */
2733         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2734
2735         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2736
2737         /*
2738          * Now validate mapping with RO protection
2739          */
2740         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2741                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2742         else
2743                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2744 /*      pmap_inval_add(&info, pmap, va); shouldn't be needed inval->valid */
2745         pmap_inval_done(&info);
2746         lwkt_reltoken(&vm_token);
2747 }
2748
2749 /*
2750  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2751  * to be used for panic dumps.
2752  */
2753 /* JG Needed on x86_64? */
2754 void *
2755 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2756 {
2757         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2758         return ((void *)crashdumpmap);
2759 }
2760
2761 #define MAX_INIT_PT (96)
2762
2763 /*
2764  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2765  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2766  * immediately after an mmap.
2767  */
2768 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2769
2770 void
2771 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2772                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2773                     vm_size_t size, int limit)
2774 {
2775         struct rb_vm_page_scan_info info;
2776         struct lwp *lp;
2777         vm_size_t psize;
2778
2779         /*
2780          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2781          * or object.
2782          */
2783         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2784                 return;
2785
2786         /*
2787          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2788          */
2789         lp = curthread->td_lwp;
2790         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
2791                 return;
2792
2793         psize = x86_64_btop(size);
2794
2795         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2796                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2797                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2798                 return;
2799         }
2800
2801         if (psize + pindex > object->size) {
2802                 if (object->size < pindex)
2803                         return;           
2804                 psize = object->size - pindex;
2805         }
2806
2807         if (psize == 0)
2808                 return;
2809
2810         /*
2811          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2812          * any valid pages found into the pmap.
2813          *
2814          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2815          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2816          */
2817         info.start_pindex = pindex;
2818         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2819         info.limit = limit;
2820         info.mpte = NULL;
2821         info.addr = addr;
2822         info.pmap = pmap;
2823
2824         crit_enter();
2825         lwkt_gettoken(&vm_token);
2826         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2827                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2828         lwkt_reltoken(&vm_token);
2829         crit_exit();
2830 }
2831
2832 static
2833 int
2834 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2835 {
2836         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2837         vm_pindex_t rel_index;
2838         /*
2839          * don't allow an madvise to blow away our really
2840          * free pages allocating pv entries.
2841          */
2842         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2843                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2844                     return(-1);
2845         }
2846         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2847             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2848                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2849                         vm_page_deactivate(p);
2850                 vm_page_busy(p);
2851                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2852                 pmap_enter_quick(info->pmap,
2853                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
2854                 vm_page_wakeup(p);
2855         }
2856         return(0);
2857 }
2858
2859 /*
2860  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially
2861  * pre-fault the specified address.
2862  *
2863  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a
2864  * pte is already loaded into the slot.
2865  */
2866 int
2867 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
2868 {
2869         pt_entry_t *pte;
2870         pd_entry_t *pde;
2871         int ret;
2872
2873         lwkt_gettoken(&vm_token);
2874         pde = pmap_pde(pmap, addr);
2875         if (pde == NULL || *pde == 0) {
2876                 ret = 0;
2877         } else {
2878                 pte = vtopte(addr);
2879                 ret = (*pte) ? 0 : 1;
2880         }
2881         lwkt_reltoken(&vm_token);
2882         return(ret);
2883 }
2884
2885 /*
2886  *      Routine:        pmap_change_wiring
2887  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2888  *                      pair.
2889  *      In/out conditions:
2890  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2891  */
2892 void
2893 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2894 {
2895         pt_entry_t *pte;
2896
2897         if (pmap == NULL)
2898                 return;
2899
2900         lwkt_gettoken(&vm_token);
2901         pte = pmap_pte(pmap, va);
2902
2903         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2904                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2905         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2906                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2907
2908         /*
2909          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2910          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2911          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
2912          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2913          * wiring changes.
2914          */
2915 #ifdef SMP
2916         if (wired)
2917                 atomic_set_long(pte, PG_W);
2918         else
2919                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
2920 #else
2921         if (wired)
2922                 atomic_set_long_nonlocked(pte, PG_W);
2923         else
2924                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_W);
2925 #endif
2926         lwkt_reltoken(&vm_token);
2927 }
2928
2929
2930
2931 /*
2932  *      Copy the range specified by src_addr/len
2933  *      from the source map to the range dst_addr/len
2934  *      in the destination map.
2935  *
2936  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2937  */
2938 void
2939 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
2940           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
2941 {
2942         return;
2943 #if 0
2944         pmap_inval_info info;
2945         vm_offset_t addr;
2946         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2947         vm_offset_t pdnxt;
2948         pd_entry_t src_frame, dst_frame;
2949         vm_page_t m;
2950
2951         if (dst_addr != src_addr)
2952                 return;
2953 #if JGPMAP32
2954         src_frame = src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2955         if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME)) {
2956                 return;
2957         }
2958
2959         dst_frame = dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2960         if (dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)) {
2961                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
2962                 /* The page directory is not shared between CPUs */
2963                 cpu_invltlb();
2964         }
2965 #endif
2966         pmap_inval_init(&info);
2967         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
2968         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
2969
2970         /*
2971          * critical section protection is required to maintain the page/object
2972          * association, interrupts can free pages and remove them from 
2973          * their objects.
2974          */
2975         crit_enter();
2976         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
2977                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
2978                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
2979                 vm_offset_t srcptepaddr;
2980                 vm_pindex_t ptepindex;
2981
2982                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
2983                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
2984
2985                 /*
2986                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
2987                  * way below the low water mark of free pages or way
2988                  * above high water mark of used pv entries.
2989                  */
2990                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
2991                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2992                         break;
2993                 
2994                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
2995                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
2996
2997 #if JGPMAP32
2998                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
2999 #endif
3000                 if (srcptepaddr == 0)
3001                         continue;
3002                         
3003                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3004 #if JGPMAP32
3005                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
3006                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
3007                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3008                         }
3009 #endif
3010                         continue;
3011                 }
3012
3013                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
3014                 if ((srcmpte == NULL) || (srcmpte->hold_count == 0) ||
3015                     (srcmpte->flags & PG_BUSY)) {
3016                         continue;
3017                 }
3018
3019                 if (pdnxt > end_addr)
3020                         pdnxt = end_addr;
3021
3022                 src_pte = vtopte(addr);
3023 #if JGPMAP32
3024                 dst_pte = avtopte(addr);
3025 #endif
3026                 while (addr < pdnxt) {
3027                         pt_entry_t ptetemp;
3028
3029                         ptetemp = *src_pte;
3030                         /*
3031                          * we only virtual copy managed pages
3032                          */
3033                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3034                                 /*
3035                                  * We have to check after allocpte for the
3036                                  * pte still being around...  allocpte can
3037                                  * block.
3038                                  *
3039                                  * pmap_allocpte() can block.  If we lose
3040                                  * our page directory mappings we stop.
3041                                  */
3042                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
3043
3044 #if JGPMAP32
3045                                 if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME) ||
3046                                     dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)
3047                                 ) {
3048                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: detected and corrected race\n");
3049                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3050                                         goto failed;
3051                                 } else if ((*dst_pte == 0) &&
3052                                            (ptetemp = *src_pte) != 0 &&
3053                                            (ptetemp & PG_MANAGED)) {
3054                                         /*
3055                                          * Clear the modified and
3056                                          * accessed (referenced) bits
3057                                          * during the copy.
3058                                          */
3059                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
3060                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
3061                                         ++dst_pmap->pm_stats.resident_count;
3062                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
3063                                                 dstmpte, m);
3064                                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
3065                                 } else {
3066                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: dst_pte race detected and corrected\n");
3067                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3068                                         goto failed;
3069                                 }
3070 #endif
3071                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
3072                                         break;
3073                         }
3074                         addr += PAGE_SIZE;
3075                         src_pte++;
3076                         dst_pte++;
3077                 }
3078         }
3079 failed:
3080         crit_exit();
3081         pmap_inval_done(&info);
3082 #endif
3083 }       
3084
3085 /*
3086  * pmap_zero_page:
3087  *
3088  *      Zero the specified physical page.
3089  *
3090  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3091  *      required.
3092  */
3093 void
3094 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3095 {
3096         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3097
3098         pagezero((void *)va);
3099 }
3100
3101 /*
3102  * pmap_page_assertzero:
3103  *
3104  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3105  */
3106 void
3107 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3108 {
3109         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3110         int i;
3111
3112         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3113             if (*(long *)((char *)virt + i) != 0) {
3114                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n", (void *)virt);
3115             }
3116         }
3117 }
3118
3119 /*
3120  * pmap_zero_page:
3121  *
3122  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3123  *      its contents with bzero.
3124  *
3125  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3126  */
3127 void
3128 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3129 {
3130         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3131
3132         bzero((char *)virt + off, size);
3133 }
3134
3135 /*
3136  * pmap_copy_page:
3137  *
3138  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3139  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3140  *      is required.
3141  */
3142 void
3143 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3144 {
3145         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3146
3147         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3148         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3149         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3150 }
3151
3152 /*
3153  * pmap_copy_page_frag:
3154  *
3155  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3156  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3157  *      is required.
3158  */
3159 void
3160 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3161 {
3162         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3163
3164         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3165         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3166
3167         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3168               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3169               bytes);
3170 }
3171
3172 /*
3173  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3174  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3175  * be changed upwards or downwards in the future; it
3176  * is only necessary that true be returned for a small
3177  * subset of pmaps for proper page aging.
3178  */
3179 boolean_t
3180 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3181 {
3182         pv_entry_t pv;
3183         int loops = 0;
3184
3185         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3186                 return FALSE;
3187
3188         crit_enter();
3189         lwkt_gettoken(&vm_token);
3190
3191         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3192                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3193                         lwkt_reltoken(&vm_token);
3194                         crit_exit();
3195                         return TRUE;
3196                 }
3197                 loops++;
3198                 if (loops >= 16)
3199                         break;
3200         }
3201         lwkt_reltoken(&vm_token);
3202         crit_exit();
3203         return (FALSE);
3204 }
3205
3206 /*
3207  * Remove all pages from specified address space
3208  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3209  * is special cased for current process only, but
3210  * can have the more generic (and slightly slower)
3211  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3212  * in the case of running down an entire address space.
3213  */
3214 void
3215 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3216 {
3217         struct lwp *lp;
3218         pt_entry_t *pte, tpte;
3219         pv_entry_t pv, npv;
3220         vm_page_t m;
3221         pmap_inval_info info;
3222         int iscurrentpmap;
3223         int save_generation;
3224
3225         lp = curthread->td_lwp;
3226         if (lp && pmap == vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3227                 iscurrentpmap = 1;
3228         else
3229                 iscurrentpmap = 0;
3230
3231         lwkt_gettoken(&vm_token);
3232         pmap_inval_init(&info);
3233         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
3234                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
3235                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3236                         continue;
3237                 }
3238
3239                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
3240
3241                 if (iscurrentpmap)
3242                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3243                 else
3244                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3245                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, pv->pv_va);
3246
3247                 /*
3248                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
3249                  * at this time
3250                  */
3251                 if (*pte & PG_W) {
3252                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3253                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3254                         continue;
3255                 }
3256                 tpte = pte_load_clear(pte);
3257
3258                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3259
3260                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3261                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %lx", tpte));
3262
3263                 KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
3264                 --pmap->pm_stats.resident_count;
3265                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3266
3267                 /*
3268                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3269                  */
3270                 if (tpte & PG_M) {
3271                         vm_page_dirty(m);
3272                 }
3273
3274                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3275                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
3276                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
3277
3278                 m->md.pv_list_count--;
3279                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3280                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
3281                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3282
3283                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
3284                 free_pv_entry(pv);
3285
3286                 /*
3287                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
3288                  * calls and other removals were made.
3289                  */
3290                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
3291                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
3292                         npv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
3293                 }
3294         }
3295         pmap_inval_done(&info);
3296         lwkt_reltoken(&vm_token);
3297 }
3298
3299 /*
3300  * pmap_testbit tests bits in pte's
3301  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
3302  * and a lot of things compile-time evaluate.
3303  */
3304 static
3305 boolean_t
3306 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3307 {
3308         pv_entry_t pv;
3309         pt_entry_t *pte;
3310
3311         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3312                 return FALSE;
3313
3314         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3315                 return FALSE;
3316
3317         crit_enter();
3318
3319         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3320                 /*
3321                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3322                  * mark clean_map and ptes as never
3323                  * modified.
3324                  */
3325                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3326                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3327                                 continue;
3328                 }
3329
3330 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3331                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3332                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3333                         continue;
3334                 }
3335 #endif
3336                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3337                 if (*pte & bit) {
3338                         crit_exit();
3339                         return TRUE;
3340                 }
3341         }
3342         crit_exit();
3343         return (FALSE);
3344 }
3345
3346 /*
3347  * this routine is used to modify bits in ptes
3348  */
3349 static __inline
3350 void
3351 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3352 {
3353         struct pmap_inval_info info;
3354         pv_entry_t pv;
3355         pt_entry_t *pte;
3356         pt_entry_t pbits;
3357
3358         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3359                 return;
3360
3361         pmap_inval_init(&info);
3362
3363         /*
3364          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3365          * setting RO do we need to clear the VAC?
3366          */
3367         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3368                 /*
3369                  * don't write protect pager mappings
3370                  */
3371                 if (bit == PG_RW) {
3372                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3373                                 continue;
3374                 }
3375
3376 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3377                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3378                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3379                         continue;
3380                 }
3381 #endif
3382
3383                 /*
3384                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3385                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3386                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3387                  *
3388                  * We do not have to force synchronization when clearing
3389                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3390                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3391                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3392                  */
3393                 if (bit & PG_RW)
3394                         pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3395                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3396 again:
3397                 pbits = *pte;
3398                 if (pbits & bit) {
3399                         if (bit == PG_RW) {
3400                                 if (pbits & PG_M) {
3401                                         vm_page_dirty(m);
3402                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3403                                 } else {
3404                                         /*
3405                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3406                                          * simultaniously with our clearing
3407                                          * of PG_RW.
3408                                          */
3409                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3410                                                                pbits & ~PG_RW))
3411                                                 goto again;
3412                                 }
3413                         } else if (bit == PG_M) {
3414                                 /*
3415                                  * We could also clear PG_RW here to force
3416                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3417                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3418                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
3419                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3420                                  * virtual page tables.
3421                                  */
3422                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3423                         } else {
3424                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3425                         }
3426                 }
3427                 if (bit & PG_RW)
3428                         pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
3429         }
3430         pmap_inval_done(&info);
3431 }
3432
3433 /*
3434  *      pmap_page_protect:
3435  *
3436  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3437  */
3438 void
3439 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3440 {
3441         /* JG NX support? */
3442         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3443                 lwkt_gettoken(&vm_token);
3444                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3445                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3446                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3447                 } else {
3448                         pmap_remove_all(m);
3449                 }
3450                 lwkt_reltoken(&vm_token);
3451         }
3452 }
3453
3454 vm_paddr_t
3455 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3456 {
3457         return (x86_64_ptob(ppn));
3458 }
3459
3460 /*
3461  *      pmap_ts_referenced:
3462  *
3463  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3464  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3465  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3466  *      reference bits set.
3467  *
3468  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3469  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3470  *      optimal aging of shared pages.
3471  */
3472 int
3473 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3474 {
3475         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3476         pt_entry_t *pte;
3477         int rtval = 0;
3478
3479         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3480                 return (rtval);
3481
3482         crit_enter();
3483         lwkt_gettoken(&vm_token);
3484
3485         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3486
3487                 pvf = pv;
3488
3489                 do {
3490                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3491
3492                         crit_enter();
3493                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3494                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3495                         crit_exit();
3496
3497                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3498                                 continue;
3499
3500                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3501
3502                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3503 #ifdef SMP
3504                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
3505 #else
3506                                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3507 #endif
3508                                 rtval++;
3509                                 if (rtval > 4) {
3510                                         break;
3511                                 }
3512                         }
3513                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3514         }
3515         lwkt_reltoken(&vm_token);
3516         crit_exit();
3517
3518         return (rtval);
3519 }
3520
3521 /*
3522  *      pmap_is_modified:
3523  *
3524  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3525  *      in any physical maps.
3526  */
3527 boolean_t
3528 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3529 {
3530         boolean_t res;
3531
3532         lwkt_gettoken(&vm_token);
3533         res = pmap_testbit(m, PG_M);
3534         lwkt_reltoken(&vm_token);
3535         return (res);
3536 }
3537
3538 /*
3539  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3540  */
3541 void
3542 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3543 {
3544         lwkt_gettoken(&vm_token);
3545         pmap_clearbit(m, PG_M);
3546         lwkt_reltoken(&vm_token);
3547 }
3548
3549 /*
3550  *      pmap_clear_reference:
3551  *
3552  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3553  */
3554 void
3555 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3556 {
3557         lwkt_gettoken(&vm_token);
3558         pmap_clearbit(m, PG_A);
3559         lwkt_reltoken(&vm_token);
3560 }
3561
3562 /*
3563  * Miscellaneous support routines follow
3564  */
3565
3566 static
3567 void
3568 i386_protection_init(void)
3569 {
3570         int *kp, prot;
3571
3572         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3573         kp = protection_codes;
3574         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3575                 switch (prot) {
3576                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3577                         /*
3578                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3579                          * so just make it readable.
3580                          */
3581                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3582                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3583                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3584                         *kp++ = 0;
3585                         break;
3586                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3587                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3588                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3589                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3590                         *kp++ = PG_RW;
3591                         break;
3592                 }
3593         }
3594 }
3595
3596 /*
3597  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3598  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3599  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3600  * NOT real memory.
3601  *
3602  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3603  * a time.
3604  */
3605 void *
3606 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3607 {
3608         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3609         pt_entry_t *pte;
3610
3611         offset = pa & PAGE_MASK;
3612         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3613
3614         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3615         if (va == 0)
3616                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3617
3618         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3619         for (tmpva = va; size > 0;) {
3620                 pte = vtopte(tmpva);
3621                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3622                 size -= PAGE_SIZE;
3623                 tmpva += PAGE_SIZE;
3624                 pa += PAGE_SIZE;
3625         }
3626         cpu_invltlb();
3627         smp_invltlb();
3628
3629         return ((void *)(va + offset));
3630 }
3631
3632 void *
3633 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3634 {
3635         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3636         pt_entry_t *pte;
3637
3638         offset = pa & PAGE_MASK;
3639         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3640
3641         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3642         if (va == 0)
3643                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3644
3645         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3646         for (tmpva = va; size > 0;) {
3647                 pte = vtopte(tmpva);
3648                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | PG_N; /* | pgeflag; */
3649                 size -= PAGE_SIZE;
3650                 tmpva += PAGE_SIZE;
3651                 pa += PAGE_SIZE;
3652         }
3653         cpu_invltlb();
3654         smp_invltlb();
3655
3656         return ((void *)(va + offset));
3657 }
3658
3659 void
3660 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3661 {
3662         vm_offset_t base, offset;
3663
3664         base = va & ~PAGE_MASK;
3665         offset = va & PAGE_MASK;
3666         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3667         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3668         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3669 }
3670
3671 /*
3672  * perform the pmap work for mincore
3673  */
3674 int
3675 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3676 {
3677         pt_entry_t *ptep, pte;
3678         vm_page_t m;
3679         int val = 0;
3680         
3681         lwkt_gettoken(&vm_token);
3682         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3683
3684         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
3685                 vm_offset_t pa;
3686
3687                 val = MINCORE_INCORE;
3688                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3689                         goto done;
3690
3691                 pa = pte & PG_FRAME;
3692
3693                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3694
3695                 /*
3696                  * Modified by us
3697                  */
3698                 if (pte & PG_M)
3699                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3700                 /*
3701                  * Modified by someone
3702                  */
3703                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3704                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3705                 /*
3706                  * Referenced by us
3707                  */
3708                 if (pte & PG_A)
3709                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3710
3711                 /*
3712                  * Referenced by someone
3713                  */
3714                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3715                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3716                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3717                 }
3718         } 
3719 done:
3720         lwkt_reltoken(&vm_token);
3721         return val;
3722 }
3723
3724 /*
3725  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
3726  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
3727  *
3728  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
3729  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
3730  */
3731 void
3732 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
3733 {
3734         struct vmspace *oldvm;
3735         struct lwp *lp;
3736
3737         crit_enter();
3738         oldvm = p->p_vmspace;
3739         if (oldvm != newvm) {
3740                 p->p_vmspace = newvm;
3741                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
3742                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
3743                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
3744                 if (adjrefs) {
3745                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
3746                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
3747                 }
3748         }
3749         crit_exit();
3750 }
3751
3752 /*
3753  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
3754  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
3755  * on a per-lwp basis.
3756  */
3757 void
3758 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
3759 {
3760         struct vmspace *oldvm;
3761         struct pmap *pmap;
3762
3763         crit_enter();
3764         oldvm = lp->lwp_vmspace;
3765
3766         if (oldvm != newvm) {
3767                 lp->lwp_vmspace = newvm;
3768                 if (curthread->td_lwp == lp) {
3769                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
3770 #if defined(SMP)
3771                         atomic_set_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3772                         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK)
3773                                 pmap_interlock_wait(newvm);
3774 #else
3775                         pmap->pm_active |= 1;
3776 #endif
3777 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3778                         tlb_flush_count++;
3779 #endif
3780                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3781                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
3782                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3783                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
3784 #if defined(SMP)
3785                         atomic_clear_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3786 #else
3787                         pmap->pm_active &= ~1;
3788 #endif
3789                 }
3790         }
3791         crit_exit();
3792 }
3793
3794 #ifdef SMP
3795
3796 /*
3797  * Called when switching to a locked pmap
3798  */
3799 void
3800 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
3801 {
3802         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
3803
3804         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3805                 while (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3806                         cpu_pause();
3807                         cpu_ccfence();
3808                         lwkt_process_ipiq();
3809                 }
3810         }
3811 }
3812
3813 #endif
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 }