kernel: Various minor whitespace adjustments and tweaks
[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  * Copyright (c) 2011-2019 Matthew Dillon
10  * All rights reserved.
11  *
12  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
13  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
14  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
15  *
16  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
17  * modification, are permitted provided that the following conditions
18  * are met:
19  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
20  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
21  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
22  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
23  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
24  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
25  *    must display the following acknowledgement:
26  *      This product includes software developed by the University of
27  *      California, Berkeley and its contributors.
28  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
29  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
30  *    without specific prior written permission.
31  *
32  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
33  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
34  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
35  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
36  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
37  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
38  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
39  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
40  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
41  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
42  * SUCH DAMAGE.
43  */
44 /*
45  * Manage physical address maps for x86-64 systems.
46  *
47  * Some notes:
48  *      - The 'M'odified bit is only applicable to terminal PTEs.
49  *
50  *      - The 'U'ser access bit can be set for higher-level PTEs as
51  *        long as it isn't set for terminal PTEs for pages we don't
52  *        want user access to.
53  */
54
55 #if 0 /* JG */
56 #include "opt_pmap.h"
57 #endif
58 #include "opt_msgbuf.h"
59
60 #include <sys/param.h>
61 #include <sys/kernel.h>
62 #include <sys/proc.h>
63 #include <sys/msgbuf.h>
64 #include <sys/vmmeter.h>
65 #include <sys/mman.h>
66 #include <sys/systm.h>
67
68 #include <vm/vm.h>
69 #include <vm/vm_param.h>
70 #include <sys/sysctl.h>
71 #include <sys/lock.h>
72 #include <vm/vm_kern.h>
73 #include <vm/vm_page.h>
74 #include <vm/vm_map.h>
75 #include <vm/vm_object.h>
76 #include <vm/vm_extern.h>
77 #include <vm/vm_pageout.h>
78 #include <vm/vm_pager.h>
79 #include <vm/vm_zone.h>
80
81 #include <sys/thread2.h>
82 #include <sys/spinlock2.h>
83 #include <vm/vm_page2.h>
84
85 #include <machine/cputypes.h>
86 #include <machine/cpu.h>
87 #include <machine/md_var.h>
88 #include <machine/specialreg.h>
89 #include <machine/smp.h>
90 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
91 #include <machine/globaldata.h>
92 #include <machine/pmap.h>
93 #include <machine/pmap_inval.h>
94
95 #include <ddb/ddb.h>
96
97 #define PMAP_KEEP_PDIRS
98
99 #if defined(DIAGNOSTIC)
100 #define PMAP_DIAGNOSTIC
101 #endif
102
103 #define MINPV 2048
104
105 /*
106  * pmap debugging will report who owns a pv lock when blocking.
107  */
108 #ifdef PMAP_DEBUG
109
110 #define PMAP_DEBUG_DECL         , const char *func, int lineno
111 #define PMAP_DEBUG_ARGS         , __func__, __LINE__
112 #define PMAP_DEBUG_COPY         , func, lineno
113
114 #define pv_get(pmap, pindex, pmarkp)    _pv_get(pmap, pindex, pmarkp    \
115                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
116 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv                     \
117                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
118 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv                 \
119                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
120 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp  \
121                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
122
123 #define pv_free(pv, pvp)                _pv_free(pv, pvp PMAP_DEBUG_ARGS)
124
125 #else
126
127 #define PMAP_DEBUG_DECL
128 #define PMAP_DEBUG_ARGS
129 #define PMAP_DEBUG_COPY
130
131 #define pv_get(pmap, pindex, pmarkp)    _pv_get(pmap, pindex, pmarkp)
132 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv)
133 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv)
134 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)
135 #define pv_free(pv, pvp)                _pv_free(pv, pvp)
136
137 #endif
138
139 /*
140  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
141  */
142 #define pdir_pde(m, v)          (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
143
144 #define pmap_pde_v(pmap, pde)   \
145                 ((*(pd_entry_t *)pde & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0)
146 #define pmap_pte_w(pmap, pte)   \
147                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]) != 0)
148 #define pmap_pte_m(pmap, pte)   \
149                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]) != 0)
150 #define pmap_pte_u(pmap, pte)   \
151                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_U_IDX]) != 0)
152 #define pmap_pte_v(pmap, pte)   \
153                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0)
154
155 /*
156  * Given a map and a machine independent protection code,
157  * convert to a vax protection code.
158  */
159 #define pte_prot(m, p)          \
160         (m->protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
161 static uint64_t protection_codes[PROTECTION_CODES_SIZE];
162
163 /*
164  * Backing scan macros.  Note that in the use case 'ipte' is only a tentitive
165  * value and must be validated by a pmap_inval_smp_cmpset*() or equivalent
166  * function.
167  *
168  * NOTE: cpu_ccfence() is required to prevent excessive optmization of
169  *       of the (ipte) variable.
170  *
171  * NOTE: We don't bother locking the backing object if it isn't mapped
172  *       to anything (backing_list is empty).
173  *
174  * NOTE: For now guarantee an interlock via iobj->backing_lk if the
175  *       object exists and do not shortcut the lock by checking to see
176  *       if the list is empty first.
177  */
178 #define PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, match_pmap, ipmap, iptep, ipte, iva)  \
179         if (m->object) {                                                \
180                 vm_object_t iobj = m->object;                           \
181                 vm_map_backing_t iba, next_ba;                          \
182                 struct pmap *ipmap;                                     \
183                 pt_entry_t ipte;                                        \
184                 pt_entry_t *iptep;                                      \
185                 vm_offset_t iva;                                        \
186                 vm_pindex_t ipindex_start;                              \
187                 vm_pindex_t ipindex_end;                                \
188                                                                         \
189                 lockmgr(&iobj->backing_lk, LK_SHARED);                  \
190                 next_ba = TAILQ_FIRST(&iobj->backing_list);             \
191                 while ((iba = next_ba) != NULL) {                       \
192                         next_ba = TAILQ_NEXT(iba, entry);               \
193                         ipmap = iba->pmap;                              \
194                         if (match_pmap && ipmap != match_pmap)          \
195                                 continue;                               \
196                         ipindex_start = iba->offset >> PAGE_SHIFT;      \
197                         ipindex_end = ipindex_start +                   \
198                                   ((iba->end - iba->start) >> PAGE_SHIFT); \
199                         if (m->pindex < ipindex_start ||                \
200                             m->pindex >= ipindex_end) {                 \
201                                 continue;                               \
202                         }                                               \
203                         iva = iba->start +                              \
204                               ((m->pindex - ipindex_start) << PAGE_SHIFT); \
205                         iptep = pmap_pte(ipmap, iva);                   \
206                         if (iptep == NULL)                              \
207                                 continue;                               \
208                         ipte = *iptep;                                  \
209                         cpu_ccfence();                                  \
210                         if (m->phys_addr != (ipte & PG_FRAME))          \
211                                 continue;                               \
212
213 #define PMAP_PAGE_BACKING_RETRY                                         \
214                         {                                               \
215                                 next_ba = iba;                          \
216                                 continue;                               \
217                         }                                               \
218
219 #define PMAP_PAGE_BACKING_DONE                                          \
220                 }                                                       \
221                 lockmgr(&iobj->backing_lk, LK_RELEASE);                 \
222         }                                                               \
223
224 static struct pmap iso_pmap;
225 static struct pmap kernel_pmap_store;
226 struct pmap *kernel_pmap = &kernel_pmap_store;
227
228 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
229 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
230 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
231 vm_offset_t virtual2_end;
232 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel BSS) */
233 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
234 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
235 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
236 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of KVA space */
237 vm_offset_t DMapMaxAddress;
238
239 /* Has pmap_init completed? */
240 __read_frequently static boolean_t pmap_initialized = FALSE;
241 //static int pgeflag;           /* PG_G or-in */
242 static uint64_t PatMsr;         /* value of MSR_PAT */
243
244 static int ndmpdp;
245 static vm_paddr_t dmaplimit;
246 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
247
248 static pt_entry_t pat_pte_index[PAT_INDEX_SIZE];        /* PAT -> PG_ bits */
249 static pt_entry_t pat_pde_index[PAT_INDEX_SIZE];        /* PAT -> PG_ bits */
250
251 static uint64_t KPTbase;
252 static uint64_t KPTphys;
253 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
254 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
255 uint64_t KPDPphys;              /* phys addr of kernel level 3 */
256 uint64_t KPML4phys;             /* phys addr of kernel level 4 */
257
258 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
259 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
260
261 /*
262  * Data for the pv entry allocation mechanism
263  */
264 __read_mostly static vm_zone_t pvzone;
265 __read_mostly static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
266 static struct vm_zone pvzone_store;
267 static struct pv_entry *pvinit;
268
269 /*
270  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
271  */
272 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
273 caddr_t CADDR1 = NULL, ptvmmap = NULL;
274 static pt_entry_t *msgbufmap, *ptmmap;
275 struct msgbuf *msgbufp = NULL;
276
277 /*
278  * PG_* bits for regular (x86) pmap.
279  */
280 __read_frequently static uint64_t pmap_bits_default[PG_BITS_SIZE] = {
281         [TYPE_IDX]      = REGULAR_PMAP,
282         [PG_V_IDX]      = X86_PG_V,
283         [PG_RW_IDX]     = X86_PG_RW,
284         [PG_U_IDX]      = X86_PG_U,
285         [PG_A_IDX]      = X86_PG_A,
286         [PG_M_IDX]      = X86_PG_M,
287         [PG_PS_IDX]     = X86_PG_PS,
288         [PG_G_IDX]      = X86_PG_G,
289         [PG_W_IDX]      = X86_PG_AVAIL1,
290         [PG_MANAGED_IDX] = X86_PG_AVAIL2,
291         [PG_N_IDX]      = X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD,
292         [PG_NX_IDX]     = X86_PG_NX,
293 };
294
295 /*
296  * Crashdump maps.
297  */
298 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
299 static caddr_t crashdumpmap;
300
301 static int pmap_debug = 0;
302 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_debug, CTLFLAG_RW,
303     &pmap_debug, 0, "Debug pmap's");
304 #ifdef PMAP_DEBUG2
305 static int pmap_enter_debug = 0;
306 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_enter_debug, CTLFLAG_RW,
307     &pmap_enter_debug, 0, "Debug pmap_enter's");
308 #endif
309 static int pmap_yield_count = 64;
310 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_yield_count, CTLFLAG_RW,
311     &pmap_yield_count, 0, "Yield during init_pt/release");
312 static int pmap_fast_kernel_cpusync = 0;
313 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_fast_kernel_cpusync, CTLFLAG_RW,
314     &pmap_fast_kernel_cpusync, 0, "Share page table pages when possible");
315 static int pmap_dynamic_delete = 0;
316 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_dynamic_delete, CTLFLAG_RW,
317     &pmap_dynamic_delete, 0, "Dynamically delete PT/PD/PDPs");
318 static int pmap_lock_delay = 100;
319 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_lock_delay, CTLFLAG_RW,
320     &pmap_lock_delay, 0, "Spin loops");
321 static int meltdown_mitigation = -1;
322 TUNABLE_INT("machdep.meltdown_mitigation", &meltdown_mitigation);
323 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, meltdown_mitigation, CTLFLAG_RW,
324     &meltdown_mitigation, 0, "Userland pmap isolation");
325
326 static int pmap_nx_enable = -1;         /* -1 = auto */
327 /* needs manual TUNABLE in early probe, see below */
328 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_nx_enable, CTLFLAG_RD,
329     &pmap_nx_enable, 0,
330     "no-execute support (0=disabled, 1=w/READ, 2=w/READ & WRITE)");
331
332 static int pmap_pv_debug = 50;
333 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_pv_debug, CTLFLAG_RW,
334     &pmap_pv_debug, 0, "");
335
336 static long vm_pmap_pv_entries;
337 SYSCTL_LONG(_vm, OID_AUTO, pmap_pv_entries, CTLFLAG_RD,
338     &vm_pmap_pv_entries, 0, "");
339
340 /* Standard user access funtions */
341 extern int std_copyinstr (const void *udaddr, void *kaddr, size_t len,
342     size_t *lencopied);
343 extern int std_copyin (const void *udaddr, void *kaddr, size_t len);
344 extern int std_copyout (const void *kaddr, void *udaddr, size_t len);
345 extern int std_fubyte (const uint8_t *base);
346 extern int std_subyte (uint8_t *base, uint8_t byte);
347 extern int32_t std_fuword32 (const uint32_t *base);
348 extern int64_t std_fuword64 (const uint64_t *base);
349 extern int std_suword64 (uint64_t *base, uint64_t word);
350 extern int std_suword32 (uint32_t *base, int word);
351 extern uint32_t std_swapu32 (volatile uint32_t *base, uint32_t v);
352 extern uint64_t std_swapu64 (volatile uint64_t *base, uint64_t v);
353 extern uint32_t std_fuwordadd32 (volatile uint32_t *base, uint32_t v);
354 extern uint64_t std_fuwordadd64 (volatile uint64_t *base, uint64_t v);
355
356 #if 0
357 static void pv_hold(pv_entry_t pv);
358 #endif
359 static int _pv_hold_try(pv_entry_t pv
360                                 PMAP_DEBUG_DECL);
361 static void pv_drop(pv_entry_t pv);
362 static void _pv_lock(pv_entry_t pv
363                                 PMAP_DEBUG_DECL);
364 static void pv_unlock(pv_entry_t pv);
365 static pv_entry_t _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew
366                                 PMAP_DEBUG_DECL);
367 static pv_entry_t _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, vm_pindex_t **pmarkp
368                                 PMAP_DEBUG_DECL);
369 static void _pv_free(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp PMAP_DEBUG_DECL);
370 static pv_entry_t pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex,
371                                 vm_pindex_t **pmarkp, int *errorp);
372 static void pv_put(pv_entry_t pv);
373 static void *pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex);
374 static pv_entry_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
375                       pv_entry_t *pvpp);
376 static void pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
377                         pmap_inval_bulk_t *bulk, int destroy);
378 static vm_page_t pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv, int clrpgbits);
379 static int pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
380                         pmap_inval_bulk_t *bulk);
381
382 struct pmap_scan_info;
383 static void pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
384                       vm_pindex_t *pte_placemark, pv_entry_t pt_pv,
385                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
386 static void pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
387                       vm_pindex_t *pte_placemark, pv_entry_t pt_pv,
388                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
389
390 static void x86_64_protection_init (void);
391 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
392 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
393 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
394
395 static pt_entry_t *pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
396 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
397
398 static void pmap_pinit_defaults(struct pmap *pmap);
399 static void pv_placemarker_wait(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark);
400 static void pv_placemarker_wakeup(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark);
401
402 static int
403 pv_entry_compare(pv_entry_t pv1, pv_entry_t pv2)
404 {
405         if (pv1->pv_pindex < pv2->pv_pindex)
406                 return(-1);
407         if (pv1->pv_pindex > pv2->pv_pindex)
408                 return(1);
409         return(0);
410 }
411
412 RB_GENERATE2(pv_entry_rb_tree, pv_entry, pv_entry,
413              pv_entry_compare, vm_pindex_t, pv_pindex);
414
415 /*
416  * We have removed a managed pte.  The page might not be hard or soft-busied
417  * at this point so we have to be careful.
418  *
419  * If advanced mode is enabled we can clear PG_MAPPED/WRITEABLE only if
420  * MAPPEDMULTI is not set.  This must be done atomically against possible
421  * concurrent pmap_enter()s occurring at the same time.  If MULTI is set
422  * then the kernel may have to call vm_page_protect() later on to clean
423  * the bits up.  This is particularly important for kernel_map/kernel_object
424  * mappings due to the expense of scanning the kernel_object's vm_backing's.
425  *
426  * If advanced mode is not enabled we update our tracking counts and
427  * synchronize PG_MAPPED/WRITEABLE later on in pmap_mapped_sync().
428  */
429 static __inline
430 void
431 pmap_removed_pte(vm_page_t m, pt_entry_t pte)
432 {
433         int flags;
434         int nflags;
435
436         flags = m->flags;
437         cpu_ccfence();
438         while ((flags & PG_MAPPEDMULTI) == 0) {
439                 nflags = flags & ~(PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
440                 if (atomic_fcmpset_int(&m->flags, &flags, nflags))
441                         break;
442         }
443 }
444
445 /*
446  * Move the kernel virtual free pointer to the next
447  * 2MB.  This is used to help improve performance
448  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
449  * (.text, .data, .bss)
450  */
451 static
452 vm_offset_t
453 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
454 {
455         vm_offset_t newaddr = addr;
456
457         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
458         return newaddr;
459 }
460
461 /*
462  * Returns the pindex of a page table entry (representing a terminal page).
463  * There are NUPTE_TOTAL page table entries possible (a huge number)
464  *
465  * x86-64 has a 48-bit address space, where bit 47 is sign-extended out.
466  * We want to properly translate negative KVAs.
467  */
468 static __inline
469 vm_pindex_t
470 pmap_pte_pindex(vm_offset_t va)
471 {
472         return ((va >> PAGE_SHIFT) & (NUPTE_TOTAL - 1));
473 }
474
475 /*
476  * Returns the pindex of a page table.
477  */
478 static __inline
479 vm_pindex_t
480 pmap_pt_pindex(vm_offset_t va)
481 {
482         return (NUPTE_TOTAL + ((va >> PDRSHIFT) & (NUPT_TOTAL - 1)));
483 }
484
485 /*
486  * Returns the pindex of a page directory.
487  */
488 static __inline
489 vm_pindex_t
490 pmap_pd_pindex(vm_offset_t va)
491 {
492         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
493                 ((va >> PDPSHIFT) & (NUPD_TOTAL - 1)));
494 }
495
496 static __inline
497 vm_pindex_t
498 pmap_pdp_pindex(vm_offset_t va)
499 {
500         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
501                 ((va >> PML4SHIFT) & (NUPDP_TOTAL - 1)));
502 }
503
504 static __inline
505 vm_pindex_t
506 pmap_pml4_pindex(void)
507 {
508         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL + NUPDP_TOTAL);
509 }
510
511 /*
512  * Return various *clipped* indexes for a given VA.
513  *
514  * Returns the index of a PTE in a page table (PT), representing
515  * a terminal page.
516  */
517 static __inline
518 vm_pindex_t
519 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
520 {
521         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1UL << NPTEPGSHIFT) - 1));
522 }
523
524 /*
525  * Returns the index of a PDE in a page directory (PD) table, representing
526  * a page table (PT).
527  */
528 static __inline
529 vm_pindex_t
530 pmap_pt_index(vm_offset_t va)
531 {
532         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1UL << NPDEPGSHIFT) - 1));
533 }
534
535 /*
536  * Returns the index of a PDPE in a page directory pointer (PDP) table,
537  * representing a page directory (PD) table.
538  */
539 static __inline
540 vm_pindex_t
541 pmap_pd_index(vm_offset_t va)
542 {
543         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1UL << NPDPEPGSHIFT) - 1));
544 }
545
546 /*
547  * Returns the index of a PML4E in the PML4 table, representing a page
548  * directory pointer (PDP) table.
549  */
550 static __inline
551 vm_pindex_t
552 pmap_pdp_index(vm_offset_t va)
553 {
554         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1UL << NPML4EPGSHIFT) - 1));
555 }
556
557 /*
558  * Of all the layers (PT, PD, PDP, PML4) the best one to cache is
559  * the PT layer.  This will speed up core pmap operations considerably.
560  *
561  * NOTE: The pmap spinlock does not need to be held but the passed-in pv
562  *       must be in a known associated state (typically by being locked when
563  *       the pmap spinlock isn't held).  We allow the race for that case.
564  *
565  * NOTE: pm_pvhint* is only accessed (read) with the spin-lock held, using
566  *       cpu_ccfence() to prevent compiler optimizations from reloading the
567  *       field.
568  */
569 static __inline
570 void
571 pv_cache(pmap_t pmap, pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
572 {
573         if (pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
574                 ;
575         } else if (pindex < pmap_pd_pindex(0)) {
576                 pmap->pm_pvhint_pt = pv;
577         }
578 }
579
580 /*
581  * Locate the requested pt_entry
582  */
583 static __inline
584 pv_entry_t
585 pv_entry_lookup(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
586 {
587         pv_entry_t pv;
588
589         if (pindex < pmap_pt_pindex(0))
590                 return NULL;
591 #if 1
592         if (pindex < pmap_pd_pindex(0))
593                 pv = pmap->pm_pvhint_pt;
594         else
595                 pv = NULL;
596         cpu_ccfence();
597         if (pv == NULL || pv->pv_pmap != pmap) {
598                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
599                 if (pv)
600                         pv_cache(pmap, pv, pindex);
601         } else if (pv->pv_pindex != pindex) {
602                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP_REL(&pmap->pm_pvroot,
603                                                     pindex, pv);
604                 if (pv)
605                         pv_cache(pmap, pv, pindex);
606         }
607 #else
608         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
609 #endif
610         return pv;
611 }
612
613 /*
614  * pmap_pte_quick:
615  *
616  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
617  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
618  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
619  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
620  */
621 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
622
623 static
624 pt_entry_t *
625 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
626 {
627         return pmap_pte(pmap, va);
628 }
629
630 /*
631  * The placemarker hash must be broken up into four zones so lock
632  * ordering semantics continue to work (e.g. pte, pt, pd, then pdp).
633  *
634  * Placemarkers are used to 'lock' page table indices that do not have
635  * a pv_entry.  This allows the pmap to support managed and unmanaged
636  * pages and shared page tables.
637  */
638 #define PM_PLACE_BASE   (PM_PLACEMARKS >> 2)
639
640 static __inline
641 vm_pindex_t *
642 pmap_placemarker_hash(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
643 {
644         int hi;
645
646         if (pindex < pmap_pt_pindex(0))         /* zone 0 - PTE */
647                 hi = 0;
648         else if (pindex < pmap_pd_pindex(0))    /* zone 1 - PT */
649                 hi = PM_PLACE_BASE;
650         else if (pindex < pmap_pdp_pindex(0))   /* zone 2 - PD */
651                 hi = PM_PLACE_BASE << 1;
652         else                                    /* zone 3 - PDP (and PML4E) */
653                 hi = PM_PLACE_BASE | (PM_PLACE_BASE << 1);
654         hi += pindex & (PM_PLACE_BASE - 1);
655
656         return (&pmap->pm_placemarks[hi]);
657 }
658
659
660 /*
661  * Generic procedure to index a pte from a pt, pd, or pdp.
662  *
663  * NOTE: Normally passed pindex as pmap_xx_index().  pmap_xx_pindex() is NOT
664  *       a page table page index but is instead of PV lookup index.
665  */
666 static
667 void *
668 pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
669 {
670         pt_entry_t *pte;
671
672         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
673         return(&pte[pindex]);
674 }
675
676 /*
677  * Return pointer to PDP slot in the PML4
678  */
679 static __inline
680 pml4_entry_t *
681 pmap_pdp(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
682 {
683         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pdp_index(va)]);
684 }
685
686 /*
687  * Return pointer to PD slot in the PDP given a pointer to the PDP
688  */
689 static __inline
690 pdp_entry_t *
691 pmap_pdp_to_pd(pml4_entry_t pdp_pte, vm_offset_t va)
692 {
693         pdp_entry_t *pd;
694
695         pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdp_pte & PG_FRAME);
696         return (&pd[pmap_pd_index(va)]);
697 }
698
699 /*
700  * Return pointer to PD slot in the PDP.
701  */
702 static __inline
703 pdp_entry_t *
704 pmap_pd(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
705 {
706         pml4_entry_t *pdp;
707
708         pdp = pmap_pdp(pmap, va);
709         if ((*pdp & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
710                 return NULL;
711         return (pmap_pdp_to_pd(*pdp, va));
712 }
713
714 /*
715  * Return pointer to PT slot in the PD given a pointer to the PD
716  */
717 static __inline
718 pd_entry_t *
719 pmap_pd_to_pt(pdp_entry_t pd_pte, vm_offset_t va)
720 {
721         pd_entry_t *pt;
722
723         pt = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pd_pte & PG_FRAME);
724         return (&pt[pmap_pt_index(va)]);
725 }
726
727 /*
728  * Return pointer to PT slot in the PD
729  *
730  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps (embedded in objects) do not have PDPs,
731  *                   so we cannot lookup the PD via the PDP.  Instead we
732  *                   must look it up via the pmap.
733  */
734 static __inline
735 pd_entry_t *
736 pmap_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
737 {
738         pdp_entry_t *pd;
739         pv_entry_t pv;
740         vm_pindex_t pd_pindex;
741         vm_paddr_t phys;
742
743         if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
744                 pd_pindex = pmap_pd_pindex(va);
745                 spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
746                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pd_pindex);
747                 if (pv == NULL || pv->pv_m == NULL) {
748                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
749                         return NULL;
750                 }
751                 phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m);
752                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
753                 return (pmap_pd_to_pt(phys, va));
754         } else {
755                 pd = pmap_pd(pmap, va);
756                 if (pd == NULL || (*pd & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
757                          return NULL;
758                 return (pmap_pd_to_pt(*pd, va));
759         }
760 }
761
762 /*
763  * Return pointer to PTE slot in the PT given a pointer to the PT
764  */
765 static __inline
766 pt_entry_t *
767 pmap_pt_to_pte(pd_entry_t pt_pte, vm_offset_t va)
768 {
769         pt_entry_t *pte;
770
771         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pt_pte & PG_FRAME);
772         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
773 }
774
775 /*
776  * Return pointer to PTE slot in the PT
777  */
778 static __inline
779 pt_entry_t *
780 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
781 {
782         pd_entry_t *pt;
783
784         pt = pmap_pt(pmap, va);
785         if (pt == NULL || (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
786                  return NULL;
787         if ((*pt & pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) != 0)
788                 return ((pt_entry_t *)pt);
789         return (pmap_pt_to_pte(*pt, va));
790 }
791
792 /*
793  * Return address of PT slot in PD (KVM only)
794  *
795  * Cannot be used for user page tables because it might interfere with
796  * the shared page-table-page optimization (pmap_mmu_optimize).
797  */
798 static __inline
799 pd_entry_t *
800 vtopt(vm_offset_t va)
801 {
802         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
803                                   NPML4EPGSHIFT)) - 1);
804
805         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
806 }
807
808 /*
809  * KVM - return address of PTE slot in PT
810  */
811 static __inline
812 pt_entry_t *
813 vtopte(vm_offset_t va)
814 {
815         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
816                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
817
818         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
819 }
820
821 /*
822  * Returns the physical address translation from va for a user address.
823  * (vm_paddr_t)-1 is returned on failure.
824  */
825 vm_paddr_t
826 uservtophys(vm_offset_t va)
827 {
828         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
829                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
830         vm_paddr_t pa;
831         pt_entry_t pte;
832         pmap_t pmap;
833
834         pmap = vmspace_pmap(mycpu->gd_curthread->td_lwp->lwp_vmspace);
835         pa = (vm_paddr_t)-1;
836         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
837                 pte = kreadmem64(PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
838                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])
839                         pa = (pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
840         }
841         return pa;
842 }
843
844 static uint64_t
845 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
846 {
847         uint64_t ret;
848
849         ret = *firstaddr;
850         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
851         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
852         return (ret);
853 }
854
855 static
856 void
857 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
858 {
859         long i;         /* must be 64 bits */
860         long nkpt_base;
861         long nkpt_phys;
862         long nkpd_phys;
863         int j;
864
865         /*
866          * We are running (mostly) V=P at this point
867          *
868          * Calculate how many 1GB PD entries in our PDP pages are needed
869          * for the DMAP.  This is only allocated if the system does not
870          * support 1GB pages.  Otherwise ndmpdp is simply a count of
871          * the number of 1G terminal entries in our PDP pages are needed.
872          *
873          * NOTE: Maxmem is in pages
874          */
875         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
876         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of DMAP */
877                 ndmpdp = 4;
878
879 #if 0
880         /*
881          * HACK XXX fix me - Some laptops map the EFI framebuffer in
882          * very high physical addresses and the DMAP winds up being too
883          * small.  The EFI framebuffer has to be mapped for the console
884          * very early and the DMAP is how it does it.
885          */
886         if (ndmpdp < 512)       /* Minimum 512GB of DMAP */
887                 ndmpdp = 512;
888 #endif
889
890         KKASSERT(ndmpdp <= NDMPML4E * NPML4EPG);
891         DMapMaxAddress = DMAP_MIN_ADDRESS +
892                          ((ndmpdp * NPDEPG) << PDRSHIFT);
893
894         /*
895          * Starting at KERNBASE - map all 2G worth of page table pages.
896          * KERNBASE is offset -2G from the end of kvm.  This will accomodate
897          * all KVM allocations above KERNBASE, including the SYSMAPs below.
898          *
899          * We do this by allocating 2*512 PT pages.  Each PT page can map
900          * 2MB, for 2GB total.
901          */
902         nkpt_base = (NPDPEPG - KPDPI) * NPTEPG; /* typically 2 x 512 */
903
904         /*
905          * Starting at the beginning of kvm (VM_MIN_KERNEL_ADDRESS),
906          * Calculate how many page table pages we need to preallocate
907          * for early vm_map allocations.
908          *
909          * A few extra won't hurt, they will get used up in the running
910          * system.
911          *
912          * vm_page array
913          * initial pventry's
914          */
915         nkpt_phys = howmany(Maxmem * sizeof(struct vm_page), NBPDR);
916         nkpt_phys += howmany(Maxmem * sizeof(struct pv_entry), NBPDR);
917         nkpt_phys += 128;       /* a few extra */
918
919         /*
920          * The highest value nkpd_phys can be set to is
921          * NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI) (i.e. NKPDPE - 2).
922          *
923          * Doing so would cause all PD pages to be pre-populated for
924          * a maximal KVM space (approximately 16*512 pages, or 32MB.
925          * We can save memory by not doing this.
926          */
927         nkpd_phys = (nkpt_phys + NPDPEPG - 1) / NPDPEPG;
928
929         /*
930          * Allocate pages
931          *
932          * Normally NKPML4E=1-16 (1-16 kernel PDP page)
933          * Normally NKPDPE= NKPML4E*512-1 (511 min kernel PD pages)
934          *
935          * Only allocate enough PD pages
936          * NOTE: We allocate all kernel PD pages up-front, typically
937          *       ~511G of KVM, requiring 511 PD pages.
938          */
939         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt_base);     /* KERNBASE to end */
940         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt_phys);     /* KVA start */
941         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);           /* recursive PML4 map */
942         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);      /* kernel PDP pages */
943         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpd_phys);     /* kernel PD pages */
944
945         /*
946          * Alloc PD pages for the area starting at KERNBASE.
947          */
948         KPDbase = allocpages(firstaddr, NPDPEPG - KPDPI);
949
950         /*
951          * Stuff for our DMAP.  Use 2MB pages even when 1GB pages
952          * are available in order to allow APU code to adjust page
953          * attributes on a fixed grain (see pmap_change_attr()).
954          */
955         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
956 #if 1
957         DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
958 #else
959         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
960                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
961 #endif
962         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
963
964         /*
965          * Fill in the underlying page table pages for the area around
966          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
967          *
968          * Read-only from zero to physfree
969          * XXX not fully used, underneath 2M pages
970          */
971         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
972                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
973                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |=
974                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
975                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
976                     pmap_bits_default[PG_G_IDX];
977         }
978
979         /*
980          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
981          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
982          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
983          * data, bss, and initial pre-allocations.
984          */
985         for (i = 0; i < nkpt_base; i++) {
986                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
987                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |=
988                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
989                     pmap_bits_default[PG_V_IDX];
990         }
991         for (i = 0; i < nkpt_phys; i++) {
992                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
993                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |=
994                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
995                     pmap_bits_default[PG_V_IDX];
996         }
997
998         /*
999          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
1000          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
1001          * above in the KERNBASE area.
1002          */
1003         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
1004                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
1005                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |=
1006                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1007                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1008                     pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
1009                     pmap_bits_default[PG_G_IDX];
1010         }
1011
1012         /*
1013          * Load PD addresses into the PDP pages for primary KVA space to
1014          * cover existing page tables.  PD's for KERNBASE are handled in
1015          * the next loop.
1016          *
1017          * expected to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
1018          */
1019         for (i = 0; i < nkpd_phys; i++) {
1020                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NKPML4E * NPDPEPG - NKPDPE + i] =
1021                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
1022                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NKPML4E * NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
1023                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1024                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1025                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1026         }
1027
1028         /*
1029          * Load PDs for KERNBASE to the end
1030          */
1031         i = (NKPML4E - 1) * NPDPEPG + KPDPI;
1032         for (j = 0; j < NPDPEPG - KPDPI; ++j) {
1033                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + j] =
1034                                 KPDbase + (j << PAGE_SHIFT);
1035                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + j] |=
1036                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1037                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1038                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1039         }
1040
1041         /*
1042          * Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages
1043          * Preset PG_M and PG_A because demotion expects it.
1044          *
1045          * When filling in entries in the PD pages make sure any excess
1046          * entries are set to zero as we allocated enough PD pages
1047          *
1048          * Stuff for our DMAP.  Use 2MB pages even when 1GB pages
1049          * are available in order to allow APU code to adjust page
1050          * attributes on a fixed grain (see pmap_change_attr()).
1051          */
1052 #if 0
1053         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
1054 #endif
1055         {
1056                 /*
1057                  * Use 2MB pages
1058                  */
1059                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
1060                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
1061                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |=
1062                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1063                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1064                             pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
1065                             pmap_bits_default[PG_G_IDX] |
1066                             pmap_bits_default[PG_M_IDX] |
1067                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1068                 }
1069
1070                 /*
1071                  * And the direct map space's PDP
1072                  */
1073                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
1074                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
1075                                                         (i << PAGE_SHIFT);
1076                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |=
1077                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1078                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1079                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1080                 }
1081         }
1082 #if 0
1083         else {
1084                 /*
1085                  * 1GB pages
1086                  */
1087                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
1088                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
1089                                                 (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1090                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |=
1091                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1092                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1093                             pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
1094                             pmap_bits_default[PG_G_IDX] |
1095                             pmap_bits_default[PG_M_IDX] |
1096                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1097                 }
1098         }
1099 #endif
1100
1101         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1102         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
1103         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |=
1104             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1105             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1106             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1107
1108         /*
1109          * Connect the Direct Map slots up to the PML4
1110          */
1111         for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
1112                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + j] =
1113                     (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT)) |
1114                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1115                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1116                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1117         }
1118
1119         /*
1120          * Connect the KVA slot up to the PML4
1121          */
1122         for (j = 0; j < NKPML4E; ++j) {
1123                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I + j] =
1124                     KPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT);
1125                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I + j] |=
1126                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1127                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1128                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1129         }
1130         cpu_mfence();
1131         cpu_invltlb();
1132 }
1133
1134 /*
1135  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1136  *
1137  *      On x86_64 this is called after mapping has already been enabled
1138  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1139  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1140  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1141  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1142  *      (physical) address starting relative to 0]
1143  */
1144 void
1145 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1146 {
1147         vm_offset_t va;
1148         pt_entry_t *pte;
1149         int i;
1150
1151         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1152         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1153         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
1154
1155         avail_start = *firstaddr;
1156
1157         /*
1158          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1159          */
1160         create_pagetables(firstaddr);
1161
1162         virtual2_start = KvaStart;
1163         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
1164
1165         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
1166         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
1167
1168         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1169
1170         /* XXX do %cr0 as well */
1171         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
1172         load_cr3(KPML4phys);
1173
1174         /*
1175          * Initialize protection array.
1176          */
1177         x86_64_protection_init();
1178
1179         /*
1180          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
1181          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
1182          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
1183          */
1184         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1185         kernel_pmap->pm_count = 1;
1186         CPUMASK_ASSALLONES(kernel_pmap->pm_active);
1187         RB_INIT(&kernel_pmap->pm_pvroot);
1188         spin_init(&kernel_pmap->pm_spin, "pmapbootstrap");
1189         for (i = 0; i < PM_PLACEMARKS; ++i)
1190                 kernel_pmap->pm_placemarks[i] = PM_NOPLACEMARK;
1191
1192         /*
1193          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1194          * mapping of pages.
1195          */
1196 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1197         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1198
1199         va = virtual_start;
1200         pte = vtopte(va);
1201
1202         /*
1203          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
1204          */
1205         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
1206
1207         /*
1208          * Crashdump maps.
1209          */
1210         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
1211
1212         /*
1213          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
1214          * /dev/mem.
1215          */
1216         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
1217
1218         /*
1219          * msgbufp is used to map the system message buffer.
1220          * XXX msgbufmap is not used.
1221          */
1222         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
1223                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
1224
1225         virtual_start = va;
1226         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
1227
1228         *CMAP1 = 0;
1229
1230         /*
1231          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
1232          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
1233          * works under UP because self-referential page table mappings
1234          */
1235 //      pgeflag = 0;
1236
1237         cpu_invltlb();
1238
1239         /* Initialize the PAT MSR */
1240         pmap_init_pat();
1241         pmap_pinit_defaults(kernel_pmap);
1242
1243         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.pmap_fast_kernel_cpusync",
1244                           &pmap_fast_kernel_cpusync);
1245
1246 }
1247
1248 /*
1249  * Setup the PAT MSR.
1250  */
1251 void
1252 pmap_init_pat(void)
1253 {
1254         uint64_t pat_msr;
1255         u_long cr0, cr4;
1256         int i;
1257
1258         /*
1259          * Default values mapping PATi,PCD,PWT bits at system reset.
1260          * The default values effectively ignore the PATi bit by
1261          * repeating the encodings for 0-3 in 4-7, and map the PCD
1262          * and PWT bit combinations to the expected PAT types.
1263          */
1264         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |        /* 000 */
1265                   PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 001 */
1266                   PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |          /* 010 */
1267                   PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |       /* 011 */
1268                   PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |        /* 100 */
1269                   PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 101 */
1270                   PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |          /* 110 */
1271                   PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);        /* 111 */
1272         pat_pte_index[PAT_WRITE_BACK]   = 0;
1273         pat_pte_index[PAT_WRITE_THROUGH]= 0         | X86_PG_NC_PWT;
1274         pat_pte_index[PAT_UNCACHED]     = X86_PG_NC_PCD;
1275         pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE]  = X86_PG_NC_PCD | X86_PG_NC_PWT;
1276         pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
1277         pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
1278
1279         if (cpu_feature & CPUID_PAT) {
1280                 /*
1281                  * If we support the PAT then set-up entries for
1282                  * WRITE_PROTECTED and WRITE_COMBINING using bit patterns
1283                  * 5 and 6.
1284                  */
1285                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(5)) |
1286                           PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED);
1287                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(6)) |
1288                           PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1289                 pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_NC_PWT;
1290                 pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_NC_PCD;
1291
1292                 /*
1293                  * Then enable the PAT
1294                  */
1295
1296                 /* Disable PGE. */
1297                 cr4 = rcr4();
1298                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1299
1300                 /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1301                 cr0 = rcr0();
1302                 load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1303
1304                 /* Flushes caches and TLBs. */
1305                 wbinvd();
1306                 cpu_invltlb();
1307
1308                 /* Update PAT and index table. */
1309                 wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1310
1311                 /* Flush caches and TLBs again. */
1312                 wbinvd();
1313                 cpu_invltlb();
1314
1315                 /* Restore caches and PGE. */
1316                 load_cr0(cr0);
1317                 load_cr4(cr4);
1318                 PatMsr = pat_msr;
1319         }
1320
1321         for (i = 0; i < 8; ++i) {
1322                 pt_entry_t pte;
1323
1324                 pte = pat_pte_index[i];
1325                 if (pte & X86_PG_PTE_PAT) {
1326                         pte &= ~X86_PG_PTE_PAT;
1327                         pte |= X86_PG_PDE_PAT;
1328                 }
1329                 pat_pde_index[i] = pte;
1330         }
1331 }
1332
1333 /*
1334  * Set 4mb pdir for mp startup
1335  */
1336 void
1337 pmap_set_opt(void)
1338 {
1339         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
1340                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
1341                 if (mycpu->gd_cpuid == 0)       /* only on BSP */
1342                         cpu_invltlb();
1343         }
1344
1345         /*
1346          * Check for SMAP support and enable if available.  Must be done
1347          * after cr3 is loaded, and on all cores.
1348          */
1349         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP) {
1350                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMAP);
1351         }
1352         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP) {
1353                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1354         }
1355 }
1356
1357 /*
1358  * SMAP is just a processor flag, but SMEP can only be enabled
1359  * and disabled via CR4.  We still use the processor flag to
1360  * disable SMAP because the page-fault/trap code checks it, in
1361  * order to allow a page-fault to actually occur.
1362  */
1363 void
1364 smap_smep_disable(void)
1365 {
1366         /*
1367          * disable SMAP.  This also bypasses a software failsafe check
1368          * in the trap() code.
1369          */
1370         smap_open();
1371
1372         /*
1373          * Also needed to bypass a software failsafe check in the trap()
1374          * code and allow the userspace address fault from kernel mode
1375          * to proceed.
1376          *
1377          * Note that This will not reload %rip because pcb_onfault_rsp will
1378          * not match.  Just setting it to non-NULL is sufficient to bypass
1379          * the checks.
1380          */
1381         curthread->td_pcb->pcb_onfault = (void *)1;
1382
1383         /*
1384          * Disable SMEP (requires modifying cr4)
1385          */
1386         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1387                 load_cr4(rcr4() & ~CR4_SMEP);
1388 }
1389
1390 void
1391 smap_smep_enable(void)
1392 {
1393         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1394                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1395         curthread->td_pcb->pcb_onfault = NULL;
1396         smap_close();
1397 }
1398
1399 /*
1400  * Early initialization of the pmap module.
1401  *
1402  * Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1403  * system needs to map virtual memory.  pmap_init has been enhanced to
1404  * support in a fairly consistant way, discontiguous physical memory.
1405  */
1406 void
1407 pmap_init(void)
1408 {
1409         vm_pindex_t initial_pvs;
1410         vm_pindex_t i;
1411
1412         /*
1413          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
1414          * pv_head_table.
1415          */
1416         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1417                 vm_page_t m;
1418
1419                 m = &vm_page_array[i];
1420                 m->md.interlock_count = 0;
1421         }
1422
1423         /*
1424          * init the pv free list
1425          */
1426         initial_pvs = vm_page_array_size;
1427         if (initial_pvs < MINPV)
1428                 initial_pvs = MINPV;
1429         pvzone = &pvzone_store;
1430         pvinit = (void *)kmem_alloc(kernel_map,
1431                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry),
1432                                     VM_SUBSYS_PVENTRY);
1433         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
1434                   pvinit, initial_pvs);
1435
1436         /*
1437          * Now it is safe to enable pv_table recording.
1438          */
1439         pmap_initialized = TRUE;
1440 }
1441
1442 /*
1443  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
1444  * high water mark so that the system can recover from excessive
1445  * numbers of pv entries.
1446  *
1447  * Also create the kernel page table template for isolated user
1448  * pmaps.
1449  */
1450 static void pmap_init_iso_range(vm_offset_t base, size_t bytes);
1451 static void pmap_init2_iso_pmap(void);
1452 #if 0
1453 static void dump_pmap(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, int level, vm_offset_t base);
1454 #endif
1455
1456 void
1457 pmap_init2(void)
1458 {
1459         vm_pindex_t entry_max;
1460
1461         /*
1462          * We can significantly reduce pv_entry_max from historical
1463          * levels because pv_entry's are no longer use for PTEs at the
1464          * leafs.  This prevents excessive pcpu caching on many-core
1465          * boxes (even with the further '/ 16' done in zinitna().
1466          *
1467          * Remember, however, that processes can share physical pages
1468          * with each process still needing the pdp/pd/pt infrstructure
1469          * (which still use pv_entry's).  And don't just assume that
1470          * every PT will be completely filled up.  So don't make it
1471          * too small.
1472          */
1473         entry_max = maxproc * 32 + vm_page_array_size / 16;
1474         TUNABLE_LONG_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &entry_max);
1475         vm_pmap_pv_entries = entry_max;
1476
1477         /*
1478          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
1479          */
1480         if (entry_max <= MINPV)
1481                 entry_max = MINPV;
1482
1483         zinitna(pvzone, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT);
1484
1485         /*
1486          * Enable dynamic deletion of empty higher-level page table pages
1487          * by default only if system memory is < 8GB (use 7GB for slop).
1488          * This can save a little memory, but imposes significant
1489          * performance overhead for things like bulk builds, and for programs
1490          * which do a lot of memory mapping and memory unmapping.
1491          */
1492 #if 0
1493         if (pmap_dynamic_delete < 0) {
1494                 if (vmstats.v_page_count < 7LL * 1024 * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE)
1495                         pmap_dynamic_delete = 1;
1496                 else
1497                         pmap_dynamic_delete = 0;
1498         }
1499 #endif
1500         /*
1501          * Disable so vm_map_backing iterations do not race
1502          */
1503         pmap_dynamic_delete = 0;
1504
1505         /*
1506          * Automatic detection of Intel meltdown bug requiring user/kernel
1507          * mmap isolation.
1508          *
1509          * Currently there are so many Intel cpu's impacted that its better
1510          * to whitelist future Intel CPUs.  Most? AMD cpus are not impacted
1511          * so the default is off for AMD.
1512          */
1513         if (meltdown_mitigation < 0) {
1514                 if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL) {
1515                         meltdown_mitigation = 1;
1516                         if (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_RDCL_NO)
1517                                 meltdown_mitigation = 0;
1518                 } else {
1519                         meltdown_mitigation = 0;
1520                 }
1521         }
1522         if (meltdown_mitigation) {
1523                 kprintf("machdep.meltdown_mitigation enabled to "
1524                         "protect against (mostly Intel) meltdown bug\n");
1525                 kprintf("system call performance will be impacted\n");
1526         }
1527
1528         pmap_init2_iso_pmap();
1529 }
1530
1531 /*
1532  * Create the isolation pmap template.  Once created, the template
1533  * is static and its PML4e entries are used to populate the
1534  * kernel portion of any isolated user pmaps.
1535  *
1536  * Our isolation pmap must contain:
1537  * (1) trampoline area for all cpus
1538  * (2) common_tss area for all cpus (its part of the trampoline area now)
1539  * (3) IDT for all cpus
1540  * (4) GDT for all cpus
1541  */
1542 static void
1543 pmap_init2_iso_pmap(void)
1544 {
1545         int n;
1546
1547         if (bootverbose)
1548                 kprintf("Initialize isolation pmap\n");
1549
1550         /*
1551          * Try to use our normal API calls to make this easier.  We have
1552          * to scrap the shadowed kernel PDPs pmap_pinit() creates for our
1553          * iso_pmap.
1554          */
1555         pmap_pinit(&iso_pmap);
1556         bzero(iso_pmap.pm_pml4, PAGE_SIZE);
1557
1558         /*
1559          * Install areas needed by the cpu and trampoline.
1560          */
1561         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
1562                 struct privatespace *ps;
1563
1564                 ps = CPU_prvspace[n];
1565                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->trampoline,
1566                                     sizeof(ps->trampoline));
1567                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->dblstack,
1568                                     sizeof(ps->dblstack));
1569                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->dbgstack,
1570                                     sizeof(ps->dbgstack));
1571                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->common_tss,
1572                                     sizeof(ps->common_tss));
1573                 pmap_init_iso_range(r_idt_arr[n].rd_base,
1574                                     r_idt_arr[n].rd_limit + 1);
1575         }
1576         pmap_init_iso_range((register_t)gdt, sizeof(gdt));
1577         pmap_init_iso_range((vm_offset_t)(int *)btext,
1578                             (vm_offset_t)(int *)etext -
1579                              (vm_offset_t)(int *)btext);
1580
1581 #if 0
1582         kprintf("Dump iso_pmap:\n");
1583         dump_pmap(&iso_pmap, vtophys(iso_pmap.pm_pml4), 0, 0);
1584         kprintf("\nDump kernel_pmap:\n");
1585         dump_pmap(kernel_pmap, vtophys(kernel_pmap->pm_pml4), 0, 0);
1586 #endif
1587 }
1588
1589 /*
1590  * This adds a kernel virtual address range to the isolation pmap.
1591  */
1592 static void
1593 pmap_init_iso_range(vm_offset_t base, size_t bytes)
1594 {
1595         pv_entry_t pv;
1596         pv_entry_t pvp;
1597         pt_entry_t *ptep;
1598         pt_entry_t pte;
1599         vm_offset_t va;
1600
1601         if (bootverbose) {
1602                 kprintf("isolate %016jx-%016jx (%zd)\n",
1603                         base, base + bytes, bytes);
1604         }
1605         va = base & ~(vm_offset_t)PAGE_MASK;
1606         while (va < base + bytes) {
1607                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= base + bytes &&
1608                     (ptep = pmap_pt(kernel_pmap, va)) != NULL &&
1609                     (*ptep & kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) &&
1610                     (*ptep & kernel_pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX])) {
1611                         /*
1612                          * Use 2MB pages if possible
1613                          */
1614                         pte = *ptep;
1615                         pv = pmap_allocpte(&iso_pmap, pmap_pd_pindex(va), &pvp);
1616                         ptep = pv_pte_lookup(pv, (va >> PDRSHIFT) & 511);
1617                         *ptep = pte;
1618                         va += NBPDR;
1619                 } else {
1620                         /*
1621                          * Otherwise use 4KB pages
1622                          */
1623                         pv = pmap_allocpte(&iso_pmap, pmap_pt_pindex(va), &pvp);
1624                         ptep = pv_pte_lookup(pv, (va >> PAGE_SHIFT) & 511);
1625                         *ptep = vtophys(va) | kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1626                                               kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1627                                               kernel_pmap->pmap_bits[PG_A_IDX] |
1628                                               kernel_pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
1629
1630                         va += PAGE_SIZE;
1631                 }
1632                 pv_put(pv);
1633                 pv_put(pvp);
1634         }
1635 }
1636
1637 #if 0
1638 /*
1639  * Useful debugging pmap dumper, do not remove (#if 0 when not in use)
1640  */
1641 static
1642 void
1643 dump_pmap(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, int level, vm_offset_t base)
1644 {
1645         pt_entry_t *ptp;
1646         vm_offset_t incr;
1647         int i;
1648
1649         switch(level) {
1650         case 0:                                 /* PML4e page, 512G entries */
1651                 incr = (1LL << 48) / 512;
1652                 break;
1653         case 1:                                 /* PDP page, 1G entries */
1654                 incr = (1LL << 39) / 512;
1655                 break;
1656         case 2:                                 /* PD page, 2MB entries */
1657                 incr = (1LL << 30) / 512;
1658                 break;
1659         case 3:                                 /* PT page, 4KB entries */
1660                 incr = (1LL << 21) / 512;
1661                 break;
1662         default:
1663                 incr = 0;
1664                 break;
1665         }
1666
1667         if (level == 0)
1668                 kprintf("cr3 %016jx @ va=%016jx\n", pte, base);
1669         ptp = (void *)PHYS_TO_DMAP(pte & ~(pt_entry_t)PAGE_MASK);
1670         for (i = 0; i < 512; ++i) {
1671                 if (level == 0 && i == 128)
1672                         base += 0xFFFF000000000000LLU;
1673                 if (ptp[i]) {
1674                         kprintf("%*.*s ", level * 4, level * 4, "");
1675                         if (level == 1 && (ptp[i] & 0x180) == 0x180) {
1676                                 kprintf("va=%016jx %3d term %016jx (1GB)\n",
1677                                         base, i, ptp[i]);
1678                         } else if (level == 2 && (ptp[i] & 0x180) == 0x180) {
1679                                 kprintf("va=%016jx %3d term %016jx (2MB)\n",
1680                                         base, i, ptp[i]);
1681                         } else if (level == 3) {
1682                                 kprintf("va=%016jx %3d term %016jx\n",
1683                                         base, i, ptp[i]);
1684                         } else {
1685                                 kprintf("va=%016jx %3d deep %016jx\n",
1686                                         base, i, ptp[i]);
1687                                 dump_pmap(pmap, ptp[i], level + 1, base);
1688                         }
1689                 }
1690                 base += incr;
1691         }
1692 }
1693
1694 #endif
1695
1696 /*
1697  * Typically used to initialize a fictitious page by vm/device_pager.c
1698  */
1699 void
1700 pmap_page_init(struct vm_page *m)
1701 {
1702         vm_page_init(m);
1703         m->md.interlock_count = 0;
1704 }
1705
1706 /***************************************************
1707  * Low level helper routines.....
1708  ***************************************************/
1709
1710 /*
1711  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
1712  * The page must be wired for this to work reliably.
1713  */
1714 vm_paddr_t 
1715 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va, void **handlep)
1716 {
1717         vm_paddr_t rtval;
1718         pv_entry_t pt_pv;
1719         pt_entry_t *ptep;
1720
1721         rtval = 0;
1722         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
1723                 /*
1724                  * Kernel page directories might be direct-mapped and
1725                  * there is typically no PV tracking of pte's
1726                  */
1727                 pd_entry_t *pt;
1728
1729                 pt = pmap_pt(pmap, va);
1730                 if (pt && (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) {
1731                         if (*pt & pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) {
1732                                 rtval = *pt & PG_PS_FRAME;
1733                                 rtval |= va & PDRMASK;
1734                         } else {
1735                                 ptep = pmap_pt_to_pte(*pt, va);
1736                                 if (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1737                                         rtval = *ptep & PG_FRAME;
1738                                         rtval |= va & PAGE_MASK;
1739                                 }
1740                         }
1741                 }
1742                 if (handlep)
1743                         *handlep = NULL;
1744         } else {
1745                 /*
1746                  * User pages currently do not direct-map the page directory
1747                  * and some pages might not used managed PVs.  But all PT's
1748                  * will have a PV.
1749                  */
1750                 pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
1751                 if (pt_pv) {
1752                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1753                         if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1754                                 rtval = *ptep & PG_FRAME;
1755                                 rtval |= va & PAGE_MASK;
1756                         }
1757                         if (handlep)
1758                                 *handlep = pt_pv;       /* locked until done */
1759                         else
1760                                 pv_put (pt_pv);
1761                 } else if (handlep) {
1762                         *handlep = NULL;
1763                 }
1764         }
1765         return rtval;
1766 }
1767
1768 void
1769 pmap_extract_done(void *handle)
1770 {
1771         if (handle)
1772                 pv_put((pv_entry_t)handle);
1773 }
1774
1775 /*
1776  * Similar to extract but checks protections, SMP-friendly short-cut for
1777  * vm_fault_page[_quick]().  Can return NULL to cause the caller to
1778  * fall-through to the real fault code.  Does not work with HVM page
1779  * tables.
1780  *
1781  * if busyp is NULL the returned page, if not NULL, is held (and not busied).
1782  *
1783  * If busyp is not NULL and this function sets *busyp non-zero, the returned
1784  * page is busied (and not held).
1785  *
1786  * If busyp is not NULL and this function sets *busyp to zero, the returned
1787  * page is held (and not busied).
1788  *
1789  * If VM_PROT_WRITE is set in prot, and the pte is already writable, the
1790  * returned page will be dirtied.  If the pte is not already writable NULL
1791  * is returned.  In otherwords, if the bit is set and a vm_page_t is returned,
1792  * any COW will already have happened and that page can be written by the
1793  * caller.
1794  *
1795  * WARNING! THE RETURNED PAGE IS ONLY HELD AND NOT SUITABLE FOR READING
1796  *          OR WRITING AS-IS.
1797  */
1798 vm_page_t
1799 pmap_fault_page_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot, int *busyp)
1800 {
1801         if (pmap &&
1802             va < VM_MAX_USER_ADDRESS &&
1803             (pmap->pm_flags & PMAP_HVM) == 0) {
1804                 pv_entry_t pt_pv;
1805                 pv_entry_t pte_pv;
1806                 pt_entry_t *ptep;
1807                 pt_entry_t req;
1808                 vm_page_t m;
1809                 int error;
1810
1811                 req = pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1812                       pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
1813                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
1814                         req |= pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX];
1815
1816                 pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
1817                 if (pt_pv == NULL)
1818                         return (NULL);
1819                 ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1820                 if ((*ptep & req) != req) {
1821                         pv_put(pt_pv);
1822                         return (NULL);
1823                 }
1824                 pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(va), NULL, &error);
1825                 if (pte_pv && error == 0) {
1826                         m = pte_pv->pv_m;
1827                         if (prot & VM_PROT_WRITE) {
1828                                 /* interlocked by presence of pv_entry */
1829                                 vm_page_dirty(m);
1830                         }
1831                         if (busyp) {
1832                                 if (prot & VM_PROT_WRITE) {
1833                                         if (vm_page_busy_try(m, TRUE))
1834                                                 m = NULL;
1835                                         *busyp = 1;
1836                                 } else {
1837                                         vm_page_hold(m);
1838                                         *busyp = 0;
1839                                 }
1840                         } else {
1841                                 vm_page_hold(m);
1842                         }
1843                         pv_put(pte_pv);
1844                 } else if (pte_pv) {
1845                         pv_drop(pte_pv);
1846                         m = NULL;
1847                 } else {
1848                         /* error, since we didn't request a placemarker */
1849                         m = NULL;
1850                 }
1851                 pv_put(pt_pv);
1852                 return(m);
1853         } else {
1854                 return(NULL);
1855         }
1856 }
1857
1858 /*
1859  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
1860  */
1861 vm_paddr_t
1862 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1863 {
1864         pd_entry_t pt;          /* pt entry in pd */
1865         vm_paddr_t pa;
1866
1867         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1868                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1869         } else {
1870                 pt = *vtopt(va);
1871                 if (pt & kernel_pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) {
1872                         pa = (pt & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1873                 } else {
1874                         /*
1875                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1876                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1877                          * be used to access the PTE because it would use the
1878                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1879                          * because the page table page is preserved by the
1880                          * promotion.
1881                          */
1882                         pa = *pmap_pt_to_pte(pt, va);
1883                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1884                 }
1885         }
1886         return pa;
1887 }
1888
1889 /***************************************************
1890  * Low level mapping routines.....
1891  ***************************************************/
1892
1893 /*
1894  * Add a wired page to the KVA and invalidate the mapping on all CPUs.
1895  */
1896 void
1897 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1898 {
1899         pt_entry_t *ptep;
1900         pt_entry_t npte;
1901
1902         npte = pa |
1903                kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1904                kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX];
1905 //             pgeflag;
1906         ptep = vtopte(va);
1907 #if 1
1908         pmap_inval_smp(kernel_pmap, va, 1, ptep, npte);
1909 #else
1910         /* FUTURE */
1911         if (*ptep)
1912                 pmap_inval_smp(kernel_pmap, va, ptep, npte);
1913         else
1914                 *ptep = npte;
1915 #endif
1916 }
1917
1918 /*
1919  * Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the mapping on the
1920  * current CPU.  Returns 0 if the previous pte was 0, 1 if it wasn't
1921  * (caller can conditionalize calling smp_invltlb()).
1922  */
1923 int
1924 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1925 {
1926         pt_entry_t *ptep;
1927         pt_entry_t npte;
1928         int res;
1929
1930         npte = pa | kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1931                     kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX];
1932         // npte |= pgeflag;
1933         ptep = vtopte(va);
1934 #if 1
1935         res = 1;
1936 #else
1937         /* FUTURE */
1938         res = (*ptep != 0);
1939 #endif
1940         atomic_swap_long(ptep, npte);
1941         cpu_invlpg((void *)va);
1942
1943         return res;
1944 }
1945
1946 /*
1947  * Enter addresses into the kernel pmap but don't bother
1948  * doing any tlb invalidations.  Caller will do a rollup
1949  * invalidation via pmap_rollup_inval().
1950  */
1951 int
1952 pmap_kenter_noinval(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1953 {
1954         pt_entry_t *ptep;
1955         pt_entry_t npte;
1956         int res;
1957
1958         npte = pa |
1959             kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1960             kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX];
1961 //          pgeflag;
1962         ptep = vtopte(va);
1963 #if 1
1964         res = 1;
1965 #else
1966         /* FUTURE */
1967         res = (*ptep != 0);
1968 #endif
1969         atomic_swap_long(ptep, npte);
1970         cpu_invlpg((void *)va);
1971
1972         return res;
1973 }
1974
1975 /*
1976  * remove a page from the kernel pagetables
1977  */
1978 void
1979 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1980 {
1981         pt_entry_t *ptep;
1982
1983         ptep = vtopte(va);
1984         pmap_inval_smp(kernel_pmap, va, 1, ptep, 0);
1985 }
1986
1987 void
1988 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1989 {
1990         pt_entry_t *ptep;
1991
1992         ptep = vtopte(va);
1993         atomic_readandclear_long(ptep);
1994         cpu_invlpg((void *)va);
1995 }
1996
1997 /*
1998  * Remove addresses from the kernel pmap but don't bother
1999  * doing any tlb invalidations.  Caller will do a rollup
2000  * invalidation via pmap_rollup_inval().
2001  */
2002 void
2003 pmap_kremove_noinval(vm_offset_t va)
2004 {
2005         pt_entry_t *ptep;
2006
2007         ptep = vtopte(va);
2008         atomic_readandclear_long(ptep);
2009 }
2010
2011 /*
2012  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
2013  */
2014 void
2015 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
2016 {
2017         atomic_set_long(vtopte(va), kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX]);
2018         cpu_invlpg((void *)va);
2019 }
2020
2021 /* NOT USED
2022 void
2023 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
2024 {
2025         atomic_set_long(vtopte(va), PG_N);
2026         cpu_invlpg((void *)va);
2027 }
2028 */
2029
2030 /*
2031  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
2032  * address space during the low level boot, typically to map the
2033  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
2034  *
2035  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
2036  * kernel text+data.
2037  *
2038  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
2039  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
2040  * have access to the related pointers.
2041  */
2042 vm_offset_t
2043 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2044 {
2045         vm_offset_t va;
2046         vm_offset_t va_start;
2047
2048         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
2049
2050         va_start = *virtp;
2051         va = va_start;
2052
2053         while (start < end) {
2054                 pmap_kenter_quick(va, start);
2055                 va += PAGE_SIZE;
2056                 start += PAGE_SIZE;
2057         }
2058         *virtp = va;
2059         return va_start;
2060 }
2061
2062 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
2063
2064 /*
2065  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2066  *
2067  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2068  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2069  * when moving pages into a different cache domain.
2070  */
2071 void
2072 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2073 {
2074         vm_offset_t daddr, eva;
2075         int i;
2076
2077         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2078             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
2079                 wbinvd();
2080         else {
2081                 cpu_mfence();
2082                 for (i = 0; i < count; i++) {
2083                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2084                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2085                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
2086                                 clflush(daddr);
2087                 }
2088                 cpu_mfence();
2089         }
2090 }
2091
2092 void
2093 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2094 {
2095         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2096             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2097         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2098             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2099
2100         if (cpu_feature & CPUID_SS) {
2101                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
2102         } else {
2103                 /* Globally invalidate caches */
2104                 cpu_wbinvd_on_all_cpus();
2105         }
2106 }
2107
2108 /*
2109  * Invalidate the specified range of virtual memory on all cpus associated
2110  * with the pmap.
2111  */
2112 void
2113 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2114 {
2115         pmap_inval_smp(pmap, sva, (eva - sva) >> PAGE_SHIFT, NULL, 0);
2116 }
2117
2118 /*
2119  * Add a list of wired pages to the kva.  This routine is used for temporary
2120  * kernel mappings such as those found in buffer cache buffer.  Page
2121  * modifications and accesses are not tracked or recorded.
2122  *
2123  * NOTE! Old mappings are simply overwritten, and we cannot assume relaxed
2124  *       semantics as previous mappings may have been zerod without any
2125  *       invalidation.
2126  *
2127  * The page *must* be wired.
2128  */
2129 static __inline void
2130 _pmap_qenter(vm_offset_t beg_va, vm_page_t *m, int count, int doinval)
2131 {
2132         vm_offset_t end_va;
2133         vm_offset_t va;
2134
2135         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2136
2137         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2138                 pt_entry_t pte;
2139                 pt_entry_t *ptep;
2140
2141                 ptep = vtopte(va);
2142                 pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) |
2143                         kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2144                         kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2145                         kernel_pmap->pmap_cache_bits_pte[(*m)->pat_mode];
2146 //              pgeflag;
2147                 atomic_swap_long(ptep, pte);
2148                 m++;
2149         }
2150         if (doinval)
2151                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, beg_va, end_va);
2152 }
2153
2154 void
2155 pmap_qenter(vm_offset_t beg_va, vm_page_t *m, int count)
2156 {
2157         _pmap_qenter(beg_va, m, count, 1);
2158 }
2159
2160 void
2161 pmap_qenter_noinval(vm_offset_t beg_va, vm_page_t *m, int count)
2162 {
2163         _pmap_qenter(beg_va, m, count, 0);
2164 }
2165
2166 /*
2167  * This routine jerks page mappings from the kernel -- it is meant only
2168  * for temporary mappings such as those found in buffer cache buffers.
2169  * No recording modified or access status occurs.
2170  *
2171  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
2172  */
2173 void
2174 pmap_qremove(vm_offset_t beg_va, int count)
2175 {
2176         vm_offset_t end_va;
2177         vm_offset_t va;
2178
2179         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2180
2181         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2182                 pt_entry_t *pte;
2183
2184                 pte = vtopte(va);
2185                 atomic_readandclear_long(pte);
2186                 cpu_invlpg((void *)va);
2187         }
2188         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, beg_va, end_va);
2189 }
2190
2191 /*
2192  * This routine removes temporary kernel mappings, only invalidating them
2193  * on the current cpu.  It should only be used under carefully controlled
2194  * conditions.
2195  */
2196 void
2197 pmap_qremove_quick(vm_offset_t beg_va, int count)
2198 {
2199         vm_offset_t end_va;
2200         vm_offset_t va;
2201
2202         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2203
2204         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2205                 pt_entry_t *pte;
2206
2207                 pte = vtopte(va);
2208                 atomic_readandclear_long(pte);
2209                 cpu_invlpg((void *)va);
2210         }
2211 }
2212
2213 /*
2214  * This routine removes temporary kernel mappings *without* invalidating
2215  * the TLB.  It can only be used on permanent kva reservations such as those
2216  * found in buffer cache buffers, under carefully controlled circumstances.
2217  *
2218  * NOTE: Repopulating these KVAs requires unconditional invalidation.
2219  *       (pmap_qenter() does unconditional invalidation).
2220  */
2221 void
2222 pmap_qremove_noinval(vm_offset_t beg_va, int count)
2223 {
2224         vm_offset_t end_va;
2225         vm_offset_t va;
2226
2227         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2228
2229         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2230                 pt_entry_t *pte;
2231
2232                 pte = vtopte(va);
2233                 atomic_readandclear_long(pte);
2234         }
2235 }
2236
2237 /*
2238  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
2239  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
2240  */
2241 void
2242 pmap_init_thread(thread_t td)
2243 {
2244         /* enforce pcb placement & alignment */
2245         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
2246         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
2247         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
2248         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
2249 }
2250
2251 /*
2252  * This routine directly affects the fork perf for a process.
2253  */
2254 void
2255 pmap_init_proc(struct proc *p)
2256 {
2257 }
2258
2259 static void
2260 pmap_pinit_defaults(struct pmap *pmap)
2261 {
2262         bcopy(pmap_bits_default, pmap->pmap_bits,
2263               sizeof(pmap_bits_default));
2264         bcopy(protection_codes, pmap->protection_codes,
2265               sizeof(protection_codes));
2266         bcopy(pat_pte_index, pmap->pmap_cache_bits_pte,
2267               sizeof(pat_pte_index));
2268         bcopy(pat_pde_index, pmap->pmap_cache_bits_pde,
2269               sizeof(pat_pte_index));
2270         pmap->pmap_cache_mask_pte = X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD | X86_PG_PTE_PAT;
2271         pmap->pmap_cache_mask_pde = X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD | X86_PG_PDE_PAT;
2272         pmap->copyinstr = std_copyinstr;
2273         pmap->copyin = std_copyin;
2274         pmap->copyout = std_copyout;
2275         pmap->fubyte = std_fubyte;
2276         pmap->subyte = std_subyte;
2277         pmap->fuword32 = std_fuword32;
2278         pmap->fuword64 = std_fuword64;
2279         pmap->suword32 = std_suword32;
2280         pmap->suword64 = std_suword64;
2281         pmap->swapu32 = std_swapu32;
2282         pmap->swapu64 = std_swapu64;
2283         pmap->fuwordadd32 = std_fuwordadd32;
2284         pmap->fuwordadd64 = std_fuwordadd64;
2285 }
2286 /*
2287  * Initialize pmap0/vmspace0.
2288  *
2289  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
2290  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
2291  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
2292  */
2293 void
2294 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
2295 {
2296         int i;
2297
2298         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
2299         pmap->pm_count = 1;
2300         CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
2301         pmap->pm_pvhint_pt = NULL;
2302         pmap->pm_pvhint_unused = NULL;
2303         RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
2304         spin_init(&pmap->pm_spin, "pmapinit0");
2305         for (i = 0; i < PM_PLACEMARKS; ++i)
2306                 pmap->pm_placemarks[i] = PM_NOPLACEMARK;
2307         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2308         pmap_pinit_defaults(pmap);
2309 }
2310
2311 /*
2312  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2313  * such as one in a vmspace structure.
2314  */
2315 static void
2316 pmap_pinit_simple(struct pmap *pmap)
2317 {
2318         int i;
2319
2320         /*
2321          * Misc initialization
2322          */
2323         pmap->pm_count = 1;
2324         CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
2325         pmap->pm_pvhint_pt = NULL;
2326         pmap->pm_pvhint_unused = NULL;
2327         pmap->pm_flags = PMAP_FLAG_SIMPLE;
2328
2329         pmap_pinit_defaults(pmap);
2330
2331         /*
2332          * Don't blow up locks/tokens on re-use (XXX fix/use drop code
2333          * for this).
2334          */
2335         if (pmap->pm_pmlpv == NULL) {
2336                 RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
2337                 bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2338                 spin_init(&pmap->pm_spin, "pmapinitsimple");
2339                 for (i = 0; i < PM_PLACEMARKS; ++i)
2340                         pmap->pm_placemarks[i] = PM_NOPLACEMARK;
2341         }
2342 }
2343
2344 void
2345 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
2346 {
2347         pv_entry_t pv;
2348         int j;
2349
2350         if (pmap->pm_pmlpv) {
2351                 /* Completely clear the cached pmap if not REGULAR_PMAP. */
2352                 if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] != REGULAR_PMAP) {
2353                         pmap_puninit(pmap);
2354                 }
2355         }
2356
2357         pmap_pinit_simple(pmap);
2358         pmap->pm_flags &= ~PMAP_FLAG_SIMPLE;
2359
2360         /*
2361          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
2362          * page directory table.
2363          */
2364         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
2365                 pmap->pm_pml4 =
2366                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(kernel_map,
2367                                                         PAGE_SIZE * 2,
2368                                                         VM_SUBSYS_PML4);
2369                 pmap->pm_pml4_iso = (void *)((char *)pmap->pm_pml4 + PAGE_SIZE);
2370         }
2371
2372         /*
2373          * Allocate the PML4e table, which wires it even though it isn't
2374          * being entered into some higher level page table (it being the
2375          * highest level).  If one is already cached we don't have to do
2376          * anything.
2377          */
2378         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) == NULL) {
2379                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
2380                 pmap->pm_pmlpv = pv;
2381                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4,
2382                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
2383                 pv_put(pv);
2384
2385                 /*
2386                  * Install DMAP and KMAP.
2387                  */
2388                 for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
2389                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + j] =
2390                             (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT)) |
2391                             pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2392                             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2393                             pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
2394                 }
2395                 for (j = 0; j < NKPML4E; ++j) {
2396                         pmap->pm_pml4[KPML4I + j] =
2397                             (KPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT)) |
2398                             pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2399                             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2400                             pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
2401                 }
2402
2403                 /*
2404                  * install self-referential address mapping entry
2405                  */
2406                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
2407                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2408                     pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2409                     pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
2410         } else {
2411                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
2412                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
2413         }
2414         KKASSERT(pmap->pm_pml4[255] == 0);
2415
2416         /*
2417          * When implementing an isolated userland pmap, a second PML4e table
2418          * is needed.  We use pmap_pml4_pindex() + 1 for convenience, but
2419          * note that we do not operate on this table using our API functions
2420          * so handling of the + 1 case is mostly just to prevent implosions.
2421          *
2422          * We install an isolated version of the kernel PDPs into this
2423          * second PML4e table.  The pmap code will mirror all user PDPs
2424          * between the primary and secondary PML4e table.
2425          */
2426         if ((pv = pmap->pm_pmlpv_iso) == NULL && meltdown_mitigation &&
2427             pmap != &iso_pmap) {
2428                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex() + 1, NULL);
2429                 pmap->pm_pmlpv_iso = pv;
2430                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4_iso,
2431                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
2432                 pv_put(pv);
2433
2434                 /*
2435                  * Install an isolated version of the kernel pmap for
2436                  * user consumption, using PDPs constructed in iso_pmap.
2437                  */
2438                 for (j = 0; j < NKPML4E; ++j) {
2439                         pmap->pm_pml4_iso[KPML4I + j] =
2440                                 iso_pmap.pm_pml4[KPML4I + j];
2441                 }
2442         } else if (pv) {
2443                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
2444                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
2445         }
2446 }
2447
2448 /*
2449  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
2450  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
2451  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
2452  * of cleanup work to do here.
2453  */
2454 void
2455 pmap_puninit(pmap_t pmap)
2456 {
2457         pv_entry_t pv;
2458         vm_page_t p;
2459
2460         KKASSERT(CPUMASK_TESTZERO(pmap->pm_active));
2461         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) != NULL) {
2462                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
2463                         pv_lock(pv);
2464                 KKASSERT(pv == pmap->pm_pmlpv);
2465                 p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
2466                 pv_free(pv, NULL);
2467                 pv = NULL;      /* safety */
2468                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
2469                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
2470                 KKASSERT(p->flags & PG_UNQUEUED);
2471                 vm_page_unwire(p, 0);
2472                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2473                 vm_page_free(p);
2474                 pmap->pm_pmlpv = NULL;
2475         }
2476         if ((pv = pmap->pm_pmlpv_iso) != NULL) {
2477                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
2478                         pv_lock(pv);
2479                 KKASSERT(pv == pmap->pm_pmlpv_iso);
2480                 p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
2481                 pv_free(pv, NULL);
2482                 pv = NULL;      /* safety */
2483                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4_iso);
2484                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
2485                 KKASSERT(p->flags & PG_UNQUEUED);
2486                 vm_page_unwire(p, 0);
2487                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2488                 vm_page_free(p);
2489                 pmap->pm_pmlpv_iso = NULL;
2490         }
2491         if (pmap->pm_pml4) {
2492                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
2493                 kmem_free(kernel_map,
2494                           (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE * 2);
2495                 pmap->pm_pml4 = NULL;
2496                 pmap->pm_pml4_iso = NULL;
2497         }
2498         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0);
2499         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
2500 }
2501
2502 /*
2503  * This function is now unused (used to add the pmap to the pmap_list)
2504  */
2505 void
2506 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
2507 {
2508 }
2509
2510 /*
2511  * This routine is called when various levels in the page table need to
2512  * be populated.  This routine cannot fail.
2513  *
2514  * This function returns two locked pv_entry's, one representing the
2515  * requested pv and one representing the requested pv's parent pv.  If
2516  * an intermediate page table does not exist it will be created, mapped,
2517  * wired, and the parent page table will be given an additional hold
2518  * count representing the presence of the child pv_entry.
2519  */
2520 static
2521 pv_entry_t
2522 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp)
2523 {
2524         pt_entry_t *ptep;
2525         pt_entry_t *ptep_iso;
2526         pv_entry_t pv;
2527         pv_entry_t pvp;
2528         pt_entry_t v;
2529         vm_page_t m;
2530         int isnew;
2531         int ispt;
2532
2533         /*
2534          * If the pv already exists and we aren't being asked for the
2535          * parent page table page we can just return it.  A locked+held pv
2536          * is returned.  The pv will also have a second hold related to the
2537          * pmap association that we don't have to worry about.
2538          */
2539         ispt = 0;
2540         pv = pv_alloc(pmap, ptepindex, &isnew);
2541         if (isnew == 0 && pvpp == NULL)
2542                 return(pv);
2543
2544         /*
2545          * DragonFly doesn't use PV's to represent terminal PTEs any more.
2546          * The index range is still used for placemarkers, but not for
2547          * actual pv_entry's.
2548          */
2549         KKASSERT(ptepindex >= pmap_pt_pindex(0));
2550
2551         /*
2552          * Note that pt_pv's are only returned for user VAs. We assert that
2553          * a pt_pv is not being requested for kernel VAs.  The kernel
2554          * pre-wires all higher-level page tables so don't overload managed
2555          * higher-level page tables on top of it!
2556          *
2557          * However, its convenient for us to allow the case when creating
2558          * iso_pmap.  This is a bit of a hack but it simplifies iso_pmap
2559          * a lot.
2560          */
2561
2562         /*
2563          * The kernel never uses managed PT/PD/PDP pages.
2564          */
2565         KKASSERT(pmap != kernel_pmap);
2566
2567         /*
2568          * Non-terminal PVs allocate a VM page to represent the page table,
2569          * so we have to resolve pvp and calculate ptepindex for the pvp
2570          * and then for the page table entry index in the pvp for
2571          * fall-through.
2572          */
2573         if (ptepindex < pmap_pd_pindex(0)) {
2574                 /*
2575                  * pv is PT, pvp is PD
2576                  */
2577                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pt_pindex(0)) >> NPDEPGSHIFT;
2578                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
2579                 pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
2580
2581                 /*
2582                  * PT index in PD
2583                  */
2584                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pt_pindex(0);
2585                 ptepindex &= ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1);
2586                 ispt = 1;
2587         } else if (ptepindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
2588                 /*
2589                  * pv is PD, pvp is PDP
2590                  *
2591                  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps do not allocate above
2592                  *                   the PD.
2593                  */
2594                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pd_pindex(0)) >> NPDPEPGSHIFT;
2595                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
2596
2597                 if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
2598                         KKASSERT(pvpp == NULL);
2599                         pvp = NULL;
2600                 } else {
2601                         pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
2602                 }
2603
2604                 /*
2605                  * PD index in PDP
2606                  */
2607                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pd_pindex(0);
2608                 ptepindex &= ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1);
2609         } else if (ptepindex < pmap_pml4_pindex()) {
2610                 /*
2611                  * pv is PDP, pvp is the root pml4 table
2612                  */
2613                 pvp = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
2614
2615                 /*
2616                  * PDP index in PML4
2617                  */
2618                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pdp_pindex(0);
2619                 ptepindex &= ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1);
2620         } else {
2621                 /*
2622                  * pv represents the top-level PML4, there is no parent.
2623                  */
2624                 pvp = NULL;
2625         }
2626
2627         if (isnew == 0)
2628                 goto notnew;
2629
2630         /*
2631          * (isnew) is TRUE.
2632          *
2633          * (1) Add a wire count to the parent page table (pvp).
2634          * (2) Allocate a VM page for the page table.
2635          * (3) Enter the VM page into the parent page table.
2636          *
2637          * page table pages are marked PG_WRITEABLE and PG_MAPPED.
2638          */
2639         if (pvp)
2640                 vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
2641
2642         for (;;) {
2643                 m = vm_page_alloc(NULL, pv->pv_pindex,
2644                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
2645                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
2646                 if (m)
2647                         break;
2648                 vm_wait(0);
2649         }
2650         vm_page_wire(m);        /* wire for mapping in parent */
2651         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2652         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2653         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_UNQUEUED);
2654         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
2655
2656         pv->pv_m = m;
2657
2658         /*
2659          * (isnew) is TRUE.
2660          *
2661          * Wire the page into pvp.  Bump the resident_count for the pmap.
2662          * There is no pvp for the top level, address the pm_pml4[] array
2663          * directly.
2664          *
2665          * If the caller wants the parent we return it, otherwise
2666          * we just put it away.
2667          *
2668          * No interlock is needed for pte 0 -> non-zero.
2669          *
2670          * In the situation where *ptep is valid we might have an unmanaged
2671          * page table page shared from another page table which we need to
2672          * unshare before installing our private page table page.
2673          */
2674         if (pvp) {
2675                 v = VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
2676                     (pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2677                      pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2678                      pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
2679                 if (ptepindex < NUPTE_USER)
2680                         v |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
2681                 if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0))
2682                         v |= pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
2683
2684                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
2685                 if (pvp == pmap->pm_pmlpv && pmap->pm_pmlpv_iso)
2686                         ptep_iso = pv_pte_lookup(pmap->pm_pmlpv_iso, ptepindex);
2687                 else
2688                         ptep_iso  = NULL;
2689                 if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
2690                         panic("pmap_allocpte: ptpte present without pv_entry!");
2691                 } else {
2692                         pt_entry_t pte;
2693
2694                         pte = atomic_swap_long(ptep, v);
2695                         if (ptep_iso)
2696                                 atomic_swap_long(ptep_iso, v);
2697                         if (pte != 0) {
2698                                 kprintf("install pgtbl mixup 0x%016jx "
2699                                         "old/new 0x%016jx/0x%016jx\n",
2700                                         (intmax_t)ptepindex, pte, v);
2701                         }
2702                 }
2703         }
2704         vm_page_wakeup(m);
2705
2706 notnew:
2707         /*
2708          * (isnew) may be TRUE or FALSE.
2709          */
2710         if (pvp) {
2711                 KKASSERT(pvp->pv_m != NULL);
2712                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
2713                 v = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
2714                     (pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2715                      pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2716                      pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
2717                 if (ptepindex < NUPTE_USER)
2718                         v |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
2719                 if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0))
2720                         v |= pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
2721                 if (*ptep != v) {
2722                         kprintf("mismatched upper level pt %016jx/%016jx\n",
2723                                 *ptep, v);
2724                 }
2725         }
2726         if (pvpp)
2727                 *pvpp = pvp;
2728         else if (pvp)
2729                 pv_put(pvp);
2730         return (pv);
2731 }
2732
2733 /*
2734  * Release any resources held by the given physical map.
2735  *
2736  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.  Should
2737  * only be called if the map contains no valid mappings.
2738  */
2739 struct pmap_release_info {
2740         pmap_t  pmap;
2741         int     retry;
2742         pv_entry_t pvp;
2743 };
2744
2745 static int pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data);
2746
2747 void
2748 pmap_release(struct pmap *pmap)
2749 {
2750         struct pmap_release_info info;
2751
2752         KASSERT(CPUMASK_TESTZERO(pmap->pm_active),
2753                 ("pmap still active! %016jx",
2754                 (uintmax_t)CPUMASK_LOWMASK(pmap->pm_active)));
2755
2756         /*
2757          * There is no longer a pmap_list, if there were we would remove the
2758          * pmap from it here.
2759          */
2760
2761         /*
2762          * Pull pv's off the RB tree in order from low to high and release
2763          * each page.
2764          */
2765         info.pmap = pmap;
2766         do {
2767                 info.retry = 0;
2768                 info.pvp = NULL;
2769
2770                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2771                 RB_SCAN(pv_entry_rb_tree, &pmap->pm_pvroot, NULL,
2772                         pmap_release_callback, &info);
2773                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2774
2775                 if (info.pvp)
2776                         pv_put(info.pvp);
2777         } while (info.retry);
2778
2779
2780         /*
2781          * One resident page (the pml4 page) should remain.  Two if
2782          * the pmap has implemented an isolated userland PML4E table.
2783          * No wired pages should remain.
2784          */
2785         int expected_res = 0;
2786
2787         if ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) == 0)
2788                 ++expected_res;
2789         if (pmap->pm_pmlpv_iso)
2790                 ++expected_res;
2791
2792 #if 1
2793         if (pmap->pm_stats.resident_count != expected_res ||
2794             pmap->pm_stats.wired_count != 0) {
2795                 kprintf("fatal pmap problem - pmap %p flags %08x "
2796                         "rescnt=%jd wirecnt=%jd\n",
2797                         pmap,
2798                         pmap->pm_flags,
2799                         pmap->pm_stats.resident_count,
2800                         pmap->pm_stats.wired_count);
2801                 tsleep(pmap, 0, "DEAD", 0);
2802         }
2803 #else
2804         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == expected_res);
2805         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
2806 #endif
2807 }
2808
2809 /*
2810  * Called from low to high.  We must cache the proper parent pv so we
2811  * can adjust its wired count.
2812  */
2813 static int
2814 pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data)
2815 {
2816         struct pmap_release_info *info = data;
2817         pmap_t pmap = info->pmap;
2818         vm_pindex_t pindex;
2819         int r;
2820
2821         /*
2822          * Acquire a held and locked pv, check for release race
2823          */
2824         pindex = pv->pv_pindex;
2825         if (info->pvp == pv) {
2826                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2827                 info->pvp = NULL;
2828         } else if (pv_hold_try(pv)) {
2829                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2830         } else {
2831                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2832                 pv_lock(pv);
2833                 pv_put(pv);
2834                 info->retry = 1;
2835                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2836
2837                 return -1;
2838         }
2839         KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap && pindex == pv->pv_pindex);
2840
2841         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
2842                 /*
2843                  * I am PTE, parent is PT
2844                  */
2845                 pindex = pv->pv_pindex >> NPTEPGSHIFT;
2846                 pindex += NUPTE_TOTAL;
2847         } else if (pv->pv_pindex < pmap_pd_pindex(0)) {
2848                 /*
2849                  * I am PT, parent is PD
2850                  */
2851                 pindex = (pv->pv_pindex - NUPTE_TOTAL) >> NPDEPGSHIFT;
2852                 pindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
2853         } else if (pv->pv_pindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
2854                 /*
2855                  * I am PD, parent is PDP
2856                  */
2857                 pindex = (pv->pv_pindex - NUPTE_TOTAL - NUPT_TOTAL) >>
2858                          NPDPEPGSHIFT;
2859                 pindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
2860         } else if (pv->pv_pindex < pmap_pml4_pindex()) {
2861                 /*
2862                  * I am PDP, parent is PML4.  We always calculate the
2863                  * normal PML4 here, not the isolated PML4.
2864                  */
2865                 pindex = pmap_pml4_pindex();
2866         } else {
2867                 /*
2868                  * parent is NULL
2869                  */
2870                 if (info->pvp) {
2871                         pv_put(info->pvp);
2872                         info->pvp = NULL;
2873                 }
2874                 pindex = 0;
2875         }
2876         if (pindex) {
2877                 if (info->pvp && info->pvp->pv_pindex != pindex) {
2878                         pv_put(info->pvp);
2879                         info->pvp = NULL;
2880                 }
2881                 if (info->pvp == NULL)
2882                         info->pvp = pv_get(pmap, pindex, NULL);
2883         } else {
2884                 if (info->pvp) {
2885                         pv_put(info->pvp);
2886                         info->pvp = NULL;
2887                 }
2888         }
2889         r = pmap_release_pv(pv, info->pvp, NULL);
2890         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2891
2892         return(r);
2893 }
2894
2895 /*
2896  * Called with held (i.e. also locked) pv.  This function will dispose of
2897  * the lock along with the pv.
2898  *
2899  * If the caller already holds the locked parent page table for pv it
2900  * must pass it as pvp, allowing us to avoid a deadlock, else it can
2901  * pass NULL for pvp.
2902  */
2903 static int
2904 pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, pmap_inval_bulk_t *bulk)
2905 {
2906         vm_page_t p;
2907
2908         /*
2909          * The pmap is currently not spinlocked, pv is held+locked.
2910          * Remove the pv's page from its parent's page table.  The
2911          * parent's page table page's wire_count will be decremented.
2912          *
2913          * This will clean out the pte at any level of the page table.
2914          * If smp != 0 all cpus are affected.
2915          *
2916          * Do not tear-down recursively, its faster to just let the
2917          * release run its course.
2918          */
2919         pmap_remove_pv_pte(pv, pvp, bulk, 0);
2920
2921         /*
2922          * Terminal pvs are unhooked from their vm_pages.  Because
2923          * terminal pages aren't page table pages they aren't wired
2924          * by us, so we have to be sure not to unwire them either.
2925          *
2926          * XXX It is unclear if this code ever gets called because we
2927          *     no longer use pv's to track terminal pages.
2928          */
2929         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
2930                 pmap_remove_pv_page(pv, 0);
2931                 goto skip;
2932         }
2933
2934         /*
2935          * We leave the top-level page table page cached, wired, and
2936          * mapped in the pmap until the dtor function (pmap_puninit())
2937          * gets called.
2938          *
2939          * Since we are leaving the top-level pv intact we need
2940          * to break out of what would otherwise be an infinite loop.
2941          *
2942          * This covers both the normal and the isolated PML4 page.
2943          */
2944         if (pv->pv_pindex >= pmap_pml4_pindex()) {
2945                 pv_put(pv);
2946                 return(-1);
2947         }
2948
2949         /*
2950          * For page table pages (other than the top-level page),
2951          * remove and free the vm_page.  The representitive mapping
2952          * removed above by pmap_remove_pv_pte() did not undo the
2953          * last wire_count so we have to do that as well.
2954          */
2955         p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
2956         vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pmaprl");
2957         if (p->wire_count != 1) {
2958                 const char *tstr;
2959
2960                 if (pv->pv_pindex >= pmap_pdp_pindex(0))
2961                         tstr = "PDP";
2962                 else if (pv->pv_pindex >= pmap_pd_pindex(0))
2963                         tstr = "PD";
2964                 else if (pv->pv_pindex >= pmap_pt_pindex(0))
2965                         tstr = "PT";
2966                 else
2967                         tstr = "PTE";
2968
2969                 kprintf("p(%s) p->wire_count was %016lx %d\n",
2970                         tstr, pv->pv_pindex, p->wire_count);
2971         }
2972         KKASSERT(p->wire_count == 1);
2973         KKASSERT(p->flags & PG_UNQUEUED);
2974
2975         vm_page_unwire(p, 0);
2976         KKASSERT(p->wire_count == 0);
2977
2978         vm_page_free(p);
2979 skip:
2980         pv_free(pv, pvp);
2981
2982         return 0;
2983 }
2984
2985 /*
2986  * This function will remove the pte associated with a pv from its parent.
2987  * Terminal pv's are supported.  All cpus specified by (bulk) are properly
2988  * invalidated.
2989  *
2990  * The wire count will be dropped on the parent page table.  The wire
2991  * count on the page being removed (pv->pv_m) from the parent page table
2992  * is NOT touched.  Note that terminal pages will not have any additional
2993  * wire counts while page table pages will have at least one representing
2994  * the mapping, plus others representing sub-mappings.
2995  *
2996  * NOTE: Cannot be called on kernel page table pages, only KVM terminal
2997  *       pages and user page table and terminal pages.
2998  *
2999  * NOTE: The pte being removed might be unmanaged, and the pv supplied might
3000  *       be freshly allocated and not imply that the pte is managed.  In this
3001  *       case pv->pv_m should be NULL.
3002  *
3003  * The pv must be locked.  The pvp, if supplied, must be locked.  All
3004  * supplied pv's will remain locked on return.
3005  *
3006  * XXX must lock parent pv's if they exist to remove pte XXX
3007  */
3008 static
3009 void
3010 pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, pmap_inval_bulk_t *bulk,
3011                    int destroy)
3012 {
3013         vm_pindex_t ptepindex = pv->pv_pindex;
3014         pmap_t pmap = pv->pv_pmap;
3015         vm_page_t p;
3016         int gotpvp = 0;
3017
3018         KKASSERT(pmap);
3019
3020         if (ptepindex >= pmap_pml4_pindex()) {
3021                 /*
3022                  * We are the top level PML4E table, there is no parent.
3023                  *
3024                  * This is either the normal or isolated PML4E table.
3025                  * Only the normal is used in regular operation, the isolated
3026                  * is only passed in when breaking down the whole pmap.
3027                  */
3028                 p = pmap->pm_pmlpv->pv_m;
3029                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3030         } else if (ptepindex >= pmap_pdp_pindex(0)) {
3031                 /*
3032                  * Remove a PDP page from the PML4E.  This can only occur
3033                  * with user page tables.  We do not have to lock the
3034                  * pml4 PV so just ignore pvp.
3035                  */
3036                 vm_pindex_t pml4_pindex;
3037                 vm_pindex_t pdp_index;
3038                 pml4_entry_t *pdp;
3039                 pml4_entry_t *pdp_iso;
3040
3041                 pdp_index = ptepindex - pmap_pdp_pindex(0);
3042                 if (pvp == NULL) {
3043                         pml4_pindex = pmap_pml4_pindex();
3044                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pml4_pindex, NULL);
3045                         KKASSERT(pvp);
3046                         gotpvp = 1;
3047                 }
3048
3049                 pdp = &pmap->pm_pml4[pdp_index & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
3050                 KKASSERT((*pdp & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
3051                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3052                 pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pdp, 0);
3053
3054                 /*
3055                  * Also remove the PDP from the isolated PML4E if the
3056                  * process uses one.
3057                  */
3058                 if (pvp == pmap->pm_pmlpv && pmap->pm_pmlpv_iso) {
3059                         pdp_iso = &pmap->pm_pml4_iso[pdp_index &
3060                                                 ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
3061                         pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pdp_iso, 0);
3062                 }
3063                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3064         } else if (ptepindex >= pmap_pd_pindex(0)) {
3065                 /*
3066                  * Remove a PD page from the PDP
3067                  *
3068                  * SIMPLE PMAP NOTE: Non-existant pvp's are ok in the case
3069                  *                   of a simple pmap because it stops at
3070                  *                   the PD page.
3071                  */
3072                 vm_pindex_t pdp_pindex;
3073                 vm_pindex_t pd_index;
3074                 pdp_entry_t *pd;
3075
3076                 pd_index = ptepindex - pmap_pd_pindex(0);
3077
3078                 if (pvp == NULL) {
3079                         pdp_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
3080                                      (pd_index >> NPML4EPGSHIFT);
3081                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pdp_pindex, NULL);
3082                         gotpvp = 1;
3083                 }
3084
3085                 if (pvp) {
3086                         pd = pv_pte_lookup(pvp, pd_index &
3087                                                 ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
3088                         KKASSERT((*pd & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
3089                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3090                         pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pd, 0);
3091                 } else {
3092                         KKASSERT(pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE);
3093                         p = pv->pv_m;           /* degenerate test later */
3094                 }
3095                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3096         } else if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0)) {
3097                 /*
3098                  *  Remove a PT page from the PD
3099                  */
3100                 vm_pindex_t pd_pindex;
3101                 vm_pindex_t pt_index;
3102                 pd_entry_t *pt;
3103
3104                 pt_index = ptepindex - pmap_pt_pindex(0);
3105
3106                 if (pvp == NULL) {
3107                         pd_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
3108                                     (pt_index >> NPDPEPGSHIFT);
3109                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pd_pindex, NULL);
3110                         KKASSERT(pvp);
3111                         gotpvp = 1;
3112                 }
3113
3114                 pt = pv_pte_lookup(pvp, pt_index & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
3115 #if 0
3116                 KASSERT((*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0,
3117                         ("*pt unexpectedly invalid %016jx "
3118                          "gotpvp=%d ptepindex=%ld ptindex=%ld pv=%p pvp=%p",
3119                         *pt, gotpvp, ptepindex, pt_index, pv, pvp));
3120                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
3121 #else
3122                 if ((*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0) {
3123                         kprintf("*pt unexpectedly invalid %016jx "
3124                                 "gotpvp=%d ptepindex=%ld ptindex=%ld "
3125                                 "pv=%p pvp=%p\n",
3126                                 *pt, gotpvp, ptepindex, pt_index, pv, pvp);
3127                         tsleep(pt, 0, "DEAD", 0);
3128                         p = pv->pv_m;
3129                 } else {
3130                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
3131                 }
3132 #endif
3133                 pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pt, 0);
3134                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3135         } else {
3136                 KKASSERT(0);
3137         }
3138
3139         /*
3140          * If requested, scrap the underlying pv->pv_m and the underlying
3141          * pv.  If this is a page-table-page we must also free the page.
3142          *
3143          * pvp must be returned locked.
3144          */
3145         if (destroy == 1) {
3146                 /*
3147                  * page table page (PT, PD, PDP, PML4), caller was responsible
3148                  * for testing wired_count.
3149                  */
3150                 KKASSERT(pv->pv_m->wire_count == 1);
3151                 p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
3152                 pv_free(pv, pvp);
3153                 pv = NULL;
3154
3155                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
3156                 vm_page_unwire(p, 0);
3157                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3158                 vm_page_free(p);
3159         }
3160
3161         /*
3162          * If we acquired pvp ourselves then we are responsible for
3163          * recursively deleting it.
3164          */
3165         if (pvp && gotpvp) {
3166                 /*
3167                  * Recursively destroy higher-level page tables.
3168                  *
3169                  * This is optional.  If we do not, they will still
3170                  * be destroyed when the process exits.
3171                  *
3172                  * NOTE: Do not destroy pv_entry's with extra hold refs,
3173                  *       a caller may have unlocked it and intends to
3174                  *       continue to use it.
3175                  */
3176                 if (pmap_dynamic_delete &&
3177                     pvp->pv_m &&
3178                     pvp->pv_m->wire_count == 1 &&
3179                     (pvp->pv_hold & PV_HOLD_MASK) == 2 &&
3180                     pvp->pv_pindex < pmap_pml4_pindex()) {
3181                         if (pmap != kernel_pmap) {
3182                                 pmap_remove_pv_pte(pvp, NULL, bulk, 1);
3183                                 pvp = NULL;     /* safety */
3184                         } else {
3185                                 kprintf("Attempt to remove kernel_pmap pindex "
3186                                         "%jd\n", pvp->pv_pindex);
3187                                 pv_put(pvp);
3188                         }
3189                 } else {
3190                         pv_put(pvp);
3191                 }
3192         }
3193 }
3194
3195 /*
3196  * Remove the vm_page association to a pv.  The pv must be locked.
3197  */
3198 static
3199 vm_page_t
3200 pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv, int clrpgbits)
3201 {
3202         vm_page_t m;
3203
3204         m = pv->pv_m;
3205         pv->pv_m = NULL;
3206         if (clrpgbits)
3207                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3208
3209         return(m);
3210 }
3211
3212 /*
3213  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
3214  *
3215  * This routine is always called to validate any address space
3216  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
3217  * space below KERNBASE.
3218  *
3219  * kernel_map must be locked exclusively by the caller.
3220  */
3221 void
3222 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
3223 {
3224         vm_paddr_t paddr;
3225         vm_offset_t ptppaddr;
3226         vm_page_t nkpg;
3227         pd_entry_t *pt, newpt;
3228         pdp_entry_t *pd, newpd;
3229         int update_kernel_vm_end;
3230
3231         /*
3232          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
3233          */
3234         if (kernel_vm_end == 0) {
3235                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3236
3237                 for (;;) {
3238                         pt = pmap_pt(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3239                         if (pt == NULL)
3240                                 break;
3241                         if ((*pt & kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
3242                                 break;
3243                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
3244                                         ~(vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
3245                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3246                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3247                                 break;                       
3248                         }
3249                 }
3250         }
3251
3252         /*
3253          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
3254          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
3255          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
3256          */
3257         if (kstart < KERNBASE) {
3258                 if (kstart > kernel_vm_end)
3259                         kstart = kernel_vm_end;
3260                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
3261                 update_kernel_vm_end = 1;
3262         } else {
3263                 update_kernel_vm_end = 0;
3264         }
3265
3266         kstart = rounddown2(kstart, (vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG));
3267         kend = roundup2(kend, (vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG));
3268
3269         if (kend - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3270                 kend = vm_map_max(kernel_map);
3271
3272         while (kstart < kend) {
3273                 pt = pmap_pt(kernel_pmap, kstart);
3274                 if (pt == NULL) {
3275                         /*
3276                          * We need a new PD entry
3277                          */
3278                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, mycpu->gd_rand_incr++,
3279                                              VM_ALLOC_NORMAL |
3280                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
3281                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
3282                         if (nkpg == NULL) {
3283                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
3284                                       "kernel");
3285                         }
3286                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3287                         pmap_zero_page(paddr);
3288                         pd = pmap_pd(kernel_pmap, kstart);
3289
3290                         newpd = (pdp_entry_t)
3291                             (paddr |
3292                             kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
3293                             kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
3294                             kernel_pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
3295                         atomic_swap_long(pd, newpd);
3296
3297 #if 0
3298                         kprintf("NEWPD pd=%p pde=%016jx phys=%016jx\n",
3299                                 pd, newpd, paddr);
3300 #endif
3301
3302                         continue; /* try again */
3303                 }
3304
3305                 if ((*pt & kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0) {
3306                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
3307                                  ~(vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
3308                         if (kstart - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3309                                 kstart = vm_map_max(kernel_map);
3310                                 break;                       
3311                         }
3312                         continue;
3313                 }
3314
3315                 /*
3316                  * We need a new PT
3317                  *
3318                  * This index is bogus, but out of the way
3319                  */
3320                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, mycpu->gd_rand_incr++,
3321                                      VM_ALLOC_NORMAL |
3322                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
3323                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
3324                 if (nkpg == NULL)
3325                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3326
3327                 vm_page_wire(nkpg);
3328                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3329                 pmap_zero_page(ptppaddr);
3330                 newpt = (pd_entry_t)(ptppaddr |
3331                                      kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
3332                                      kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
3333                                      kernel_pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
3334                 atomic_swap_long(pt, newpt);
3335
3336                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
3337                           ~(vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
3338
3339                 if (kstart - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3340                         kstart = vm_map_max(kernel_map);
3341                         break;                       
3342                 }
3343         }
3344
3345         /*
3346          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
3347          */
3348         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
3349                 kernel_vm_end = kstart;
3350 }
3351
3352 /*
3353  *      Add a reference to the specified pmap.
3354  */
3355 void
3356 pmap_reference(pmap_t pmap)
3357 {
3358         if (pmap != NULL)
3359                 atomic_add_int(&pmap->pm_count, 1);
3360 }
3361
3362 void
3363 pmap_maybethreaded(pmap_t pmap)
3364 {
3365         atomic_set_int(&pmap->pm_flags, PMAP_MULTI);
3366 }
3367
3368 /*
3369  * Called while page is hard-busied to clear the PG_MAPPED and PG_WRITEABLE
3370  * flags if able.  This can happen when the pmap code is unable to clear
3371  * the bits in prior actions due to not holding the page hard-busied at
3372  * the time.
3373  *
3374  * The clearing of PG_MAPPED/WRITEABLE is an optional optimization done
3375  * when the pte is removed and only if the pte has not been multiply-mapped.
3376  * The caller may have to call vm_page_protect() if the bits are still set
3377  * here.
3378  *
3379  * This function is expected to be quick.
3380  */
3381 int
3382 pmap_mapped_sync(vm_page_t m)
3383 {
3384         return (m->flags);
3385 }
3386
3387 /***************************************************
3388  * page management routines.
3389  ***************************************************/
3390
3391 /*
3392  * Hold a pv without locking it
3393  */
3394 #if 0
3395 static void
3396 pv_hold(pv_entry_t pv)
3397 {
3398         atomic_add_int(&pv->pv_hold, 1);
3399 }
3400 #endif
3401
3402 /*
3403  * Hold a pv_entry, preventing its destruction.  TRUE is returned if the pv
3404  * was successfully locked, FALSE if it wasn't.  The caller must dispose of
3405  * the pv properly.
3406  *
3407  * Either the pmap->pm_spin or the related vm_page_spin (if traversing a
3408  * pv list via its page) must be held by the caller in order to stabilize
3409  * the pv.
3410  */
3411 static int
3412 _pv_hold_try(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
3413 {
3414         u_int count;
3415
3416         /*
3417          * Critical path shortcut expects pv to already have one ref
3418          * (for the pv->pv_pmap).
3419          */
3420         count = pv->pv_hold;
3421         cpu_ccfence();
3422         for (;;) {
3423                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
3424                         if (atomic_fcmpset_int(&pv->pv_hold, &count,
3425                                               (count + 1) | PV_HOLD_LOCKED)) {
3426 #ifdef PMAP_DEBUG
3427                                 pv->pv_func = func;
3428                                 pv->pv_line = lineno;
3429 #endif
3430                                 return TRUE;
3431                         }
3432                 } else {
3433                         if (atomic_fcmpset_int(&pv->pv_hold, &count, count + 1))
3434                                 return FALSE;
3435                 }
3436                 /* retry */
3437         }
3438 }
3439
3440 /*
3441  * Drop a previously held pv_entry which could not be locked, allowing its
3442  * destruction.
3443  *
3444  * Must not be called with a spinlock held as we might zfree() the pv if it
3445  * is no longer associated with a pmap and this was the last hold count.
3446  */
3447 static void
3448 pv_drop(pv_entry_t pv)
3449 {
3450         u_int count;
3451
3452         for (;;) {
3453                 count = pv->pv_hold;
3454                 cpu_ccfence();
3455                 KKASSERT((count & PV_HOLD_MASK) > 0);
3456                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) !=
3457                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
3458                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count - 1)) {
3459                         if ((count & PV_HOLD_MASK) == 1) {
3460 #ifdef PMAP_DEBUG2
3461                                 if (pmap_enter_debug > 0) {
3462                                         --pmap_enter_debug;
3463                                         kprintf("pv_drop: free pv %p\n", pv);
3464                                 }
3465 #endif
3466                                 KKASSERT(count == 1);
3467                                 KKASSERT(pv->pv_pmap == NULL);
3468                                 zfree(pvzone, pv);
3469                         }
3470                         return;
3471                 }
3472                 /* retry */
3473         }
3474 }
3475
3476 /*
3477  * Find or allocate the requested PV entry, returning a locked, held pv.
3478  *
3479  * If (*isnew) is non-zero, the returned pv will have two hold counts, one
3480  * for the caller and one representing the pmap and vm_page association.
3481  *
3482  * If (*isnew) is zero, the returned pv will have only one hold count.
3483  *
3484  * Since both associations can only be adjusted while the pv is locked,
3485  * together they represent just one additional hold.
3486  */
3487 static
3488 pv_entry_t
3489 _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew PMAP_DEBUG_DECL)
3490 {
3491         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
3492         pv_entry_t pv;
3493         pv_entry_t pnew;
3494         int pmap_excl = 0;
3495
3496         pnew = NULL;
3497         if (md->gd_newpv) {
3498 #if 1
3499                 pnew = atomic_swap_ptr((void *)&md->gd_newpv, NULL);
3500 #else
3501                 crit_enter();
3502                 pnew = md->gd_newpv;    /* might race NULL */
3503                 md->gd_newpv = NULL;
3504                 crit_exit();
3505 #endif
3506         }
3507         if (pnew == NULL)
3508                 pnew = zalloc(pvzone);
3509
3510         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3511         for (;;) {
3512                 /*
3513                  * Shortcut cache
3514                  */
3515                 pv = pv_entry_lookup(pmap, pindex);
3516                 if (pv == NULL) {
3517                         vm_pindex_t *pmark;
3518
3519                         /*
3520                          * Requires exclusive pmap spinlock
3521                          */
3522                         if (pmap_excl == 0) {
3523                                 pmap_excl = 1;
3524                                 if (!spin_lock_upgrade_try(&pmap->pm_spin)) {
3525                                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3526                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3527                                         continue;
3528                                 }
3529                         }
3530
3531                         /*
3532                          * We need to block if someone is holding our
3533                          * placemarker.  As long as we determine the
3534                          * placemarker has not been aquired we do not
3535                          * need to get it as acquision also requires
3536                          * the pmap spin lock.
3537                          *
3538                          * However, we can race the wakeup.
3539                          */
3540                         pmark = pmap_placemarker_hash(pmap, pindex);
3541
3542                         if (((*pmark ^ pindex) & ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3543                                 tsleep_interlock(pmark, 0);
3544                                 atomic_set_long(pmark, PM_PLACEMARK_WAKEUP);
3545                                 if (((*pmark ^ pindex) &
3546                                      ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3547                                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3548                                         tsleep(pmark, PINTERLOCKED, "pvplc", 0);
3549                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3550                                 }
3551                                 continue;
3552                         }
3553
3554                         /*
3555                          * Setup the new entry
3556                          */
3557                         pnew->pv_pmap = pmap;
3558                         pnew->pv_pindex = pindex;
3559                         pnew->pv_hold = PV_HOLD_LOCKED | 2;
3560                         pnew->pv_flags = 0;
3561 #ifdef PMAP_DEBUG
3562                         pnew->pv_func = func;
3563                         pnew->pv_line = lineno;
3564                         if (pnew->pv_line_lastfree > 0) {
3565                                 pnew->pv_line_lastfree =
3566                                                 -pnew->pv_line_lastfree;
3567                         }
3568 #endif
3569                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_INSERT(&pmap->pm_pvroot, pnew);
3570                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
3571                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3572                         *isnew = 1;
3573
3574                         KASSERT(pv == NULL, ("pv insert failed %p->%p", pnew, pv));
3575                         return(pnew);
3576                 }
3577
3578                 /*
3579                  * We already have an entry, cleanup the staged pnew if
3580                  * we can get the lock, otherwise block and retry.
3581                  */
3582                 if (__predict_true(_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY))) {
3583                         if (pmap_excl)
3584                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3585                         else
3586                                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3587 #if 1
3588                         pnew = atomic_swap_ptr((void *)&md->gd_newpv, pnew);
3589                         if (pnew)
3590                                 zfree(pvzone, pnew);
3591 #else
3592                         crit_enter();
3593                         if (md->gd_newpv == NULL)
3594                                 md->gd_newpv = pnew;
3595                         else
3596                                 zfree(pvzone, pnew);
3597                         crit_exit();
3598 #endif
3599                         KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap &&
3600                                  pv->pv_pindex == pindex);
3601                         *isnew = 0;
3602                         return(pv);
3603                 }
3604                 if (pmap_excl) {
3605                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3606                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3607                         pv_put(pv);
3608                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3609                 } else {
3610                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3611                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3612                         pv_put(pv);
3613                         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3614                 }
3615         }
3616         /* NOT REACHED */
3617 }
3618
3619 /*
3620  * Find the requested PV entry, returning a locked+held pv or NULL
3621  */
3622 static
3623 pv_entry_t
3624 _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, vm_pindex_t **pmarkp PMAP_DEBUG_DECL)
3625 {
3626         pv_entry_t pv;
3627         int pmap_excl = 0;
3628
3629         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3630         for (;;) {
3631                 /*
3632                  * Shortcut cache
3633                  */
3634                 pv = pv_entry_lookup(pmap, pindex);
3635                 if (pv == NULL) {
3636                         /*
3637                          * Block if there is ANY placemarker.  If we are to
3638                          * return it, we must also aquire the spot, so we
3639                          * have to block even if the placemarker is held on
3640                          * a different address.
3641                          *
3642                          * OPTIMIZATION: If pmarkp is passed as NULL the
3643                          * caller is just probing (or looking for a real
3644                          * pv_entry), and in this case we only need to check
3645                          * to see if the placemarker matches pindex.
3646                          */
3647                         vm_pindex_t *pmark;
3648
3649                         /*
3650                          * Requires exclusive pmap spinlock
3651                          */
3652                         if (pmap_excl == 0) {
3653                                 pmap_excl = 1;
3654                                 if (!spin_lock_upgrade_try(&pmap->pm_spin)) {
3655                                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3656                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3657                                         continue;
3658                                 }
3659                         }
3660
3661                         pmark = pmap_placemarker_hash(pmap, pindex);
3662
3663                         if ((pmarkp && *pmark != PM_NOPLACEMARK) ||
3664                             ((*pmark ^ pindex) & ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3665                                 tsleep_interlock(pmark, 0);
3666                                 atomic_set_long(pmark, PM_PLACEMARK_WAKEUP);
3667                                 if ((pmarkp && *pmark != PM_NOPLACEMARK) ||
3668                                     ((*pmark ^ pindex) &
3669                                      ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3670                                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3671                                         tsleep(pmark, PINTERLOCKED, "pvpld", 0);
3672                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3673                                 }
3674                                 continue;
3675                         }
3676                         if (pmarkp) {
3677                                 if (atomic_swap_long(pmark, pindex) !=
3678                                     PM_NOPLACEMARK) {
3679                                         panic("_pv_get: pmark race");
3680                                 }
3681                                 *pmarkp = pmark;
3682                         }
3683                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3684                         return NULL;
3685                 }
3686                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
3687                         if (pmap_excl)
3688                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3689                         else
3690                                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3691                         KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap &&
3692                                  pv->pv_pindex == pindex);
3693                         return(pv);
3694                 }
3695                 if (pmap_excl) {
3696                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3697                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3698                         pv_put(pv);
3699                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3700                 } else {
3701                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3702                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3703                         pv_put(pv);
3704                         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3705                 }
3706         }
3707 }
3708
3709 /*
3710  * Lookup, hold, and attempt to lock (pmap,pindex).
3711  *
3712  * If the entry does not exist NULL is returned and *errorp is set to 0
3713  *
3714  * If the entry exists and could be successfully locked it is returned and
3715  * errorp is set to 0.
3716  *
3717  * If the entry exists but could NOT be successfully locked it is returned
3718  * held and *errorp is set to 1.
3719  *
3720  * If the entry is placemarked by someone else NULL is returned and *errorp
3721  * is set to 1.
3722  */
3723 static
3724 pv_entry_t
3725 pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, vm_pindex_t **pmarkp, int *errorp)
3726 {
3727         pv_entry_t pv;
3728
3729         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3730
3731         pv = pv_entry_lookup(pmap, pindex);
3732         if (pv == NULL) {
3733                 vm_pindex_t *pmark;
3734
3735                 pmark = pmap_placemarker_hash(pmap, pindex);
3736
3737                 if (((*pmark ^ pindex) & ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3738                         *errorp = 1;
3739                 } else if (pmarkp &&
3740                            atomic_cmpset_long(pmark, PM_NOPLACEMARK, pindex)) {
3741                         *errorp = 0;
3742                 } else {
3743                         /*
3744                          * Can't set a placemark with a NULL pmarkp, or if
3745                          * pmarkp is non-NULL but we failed to set our
3746                          * placemark.
3747                          */
3748                         *errorp = 1;
3749                 }
3750                 if (pmarkp)
3751                         *pmarkp = pmark;
3752                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3753
3754                 return NULL;
3755         }
3756
3757         /*
3758          * XXX This has problems if the lock is shared, why?
3759          */
3760         if (pv_hold_try(pv)) {
3761                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3762                 *errorp = 0;
3763                 KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex);
3764                 return(pv);     /* lock succeeded */
3765         }
3766         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3767         *errorp = 1;
3768
3769         return (pv);            /* lock failed */
3770 }
3771
3772 /*
3773  * Lock a held pv, keeping the hold count
3774  */
3775 static
3776 void
3777 _pv_lock(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
3778 {
3779         u_int count;
3780
3781         for (;;) {
3782                 count = pv->pv_hold;
3783                 cpu_ccfence();
3784                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
3785                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3786                                               count | PV_HOLD_LOCKED)) {
3787 #ifdef PMAP_DEBUG
3788                                 pv->pv_func = func;
3789                                 pv->pv_line = lineno;
3790 #endif
3791                                 return;
3792                         }
3793                         continue;
3794                 }
3795                 tsleep_interlock(pv, 0);
3796                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3797                                       count | PV_HOLD_WAITING)) {
3798 #ifdef PMAP_DEBUG2
3799                         if (pmap_enter_debug > 0) {
3800                                 --pmap_enter_debug;
3801                                 kprintf("pv waiting on %s:%d\n",
3802                                         pv->pv_func, pv->pv_line);
3803                         }
3804 #endif
3805                         tsleep(pv, PINTERLOCKED, "pvwait", hz);
3806                 }
3807                 /* retry */
3808         }
3809 }
3810
3811 /*
3812  * Unlock a held and locked pv, keeping the hold count.
3813  */
3814 static
3815 void
3816 pv_unlock(pv_entry_t pv)
3817 {
3818         u_int count;
3819
3820         for (;;) {
3821                 count = pv->pv_hold;
3822                 cpu_ccfence();
3823                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) >=
3824                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
3825                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3826                                       count &
3827                                       ~(PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_WAITING))) {
3828                         if (count & PV_HOLD_WAITING)
3829                                 wakeup(pv);
3830                         break;
3831                 }
3832         }
3833 }
3834
3835 /*
3836  * Unlock and drop a pv.  If the pv is no longer associated with a pmap
3837  * and the hold count drops to zero we will free it.
3838  *
3839  * Caller should not hold any spin locks.  We are protected from hold races
3840  * by virtue of holds only occuring only with a pmap_spin or vm_page_spin
3841  * lock held.  A pv cannot be located otherwise.
3842  */
3843 static
3844 void
3845 pv_put(pv_entry_t pv)
3846 {
3847 #ifdef PMAP_DEBUG2
3848         if (pmap_enter_debug > 0) {
3849                 --pmap_enter_debug;
3850                 kprintf("pv_put pv=%p hold=%08x\n", pv, pv->pv_hold);
3851         }
3852 #endif
3853
3854         /*
3855          * Normal put-aways must have a pv_m associated with the pv,
3856          * but allow the case where the pv has been destructed due
3857          * to pmap_dynamic_delete.
3858          */
3859         KKASSERT(pv->pv_pmap == NULL || pv->pv_m != NULL);
3860
3861         /*
3862          * Fast - shortcut most common condition
3863          */
3864         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 2, 1))
3865                 return;
3866
3867         /*
3868          * Slow
3869          */
3870         pv_unlock(pv);
3871         pv_drop(pv);
3872 }
3873
3874 /*
3875  * Remove the pmap association from a pv, require that pv_m already be removed,
3876  * then unlock and drop the pv.  Any pte operations must have already been
3877  * completed.  This call may result in a last-drop which will physically free
3878  * the pv.
3879  *
3880  * Removing the pmap association entails an additional drop.
3881  *
3882  * pv must be exclusively locked on call and will be disposed of on return.
3883  */
3884 static
3885 void
3886 _pv_free(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp PMAP_DEBUG_DECL)
3887 {
3888         pmap_t pmap;
3889
3890 #ifdef PMAP_DEBUG
3891         pv->pv_func_lastfree = func;
3892         pv->pv_line_lastfree = lineno;
3893 #endif
3894         KKASSERT(pv->pv_m == NULL);
3895         KKASSERT((pv->pv_hold & (PV_HOLD_LOCKED|PV_HOLD_MASK)) >=
3896                   (PV_HOLD_LOCKED|1));
3897         if ((pmap = pv->pv_pmap) != NULL) {
3898                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3899                 KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap);
3900                 if (pmap->pm_pvhint_pt == pv)
3901                         pmap->pm_pvhint_pt = NULL;
3902                 if (pmap->pm_pvhint_unused == pv)
3903                         pmap->pm_pvhint_unused = NULL;
3904                 pv_entry_rb_tree_RB_REMOVE(&pmap->pm_pvroot, pv);
3905                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3906                 pv->pv_pmap = NULL;
3907                 pv->pv_pindex = 0;
3908                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3909
3910                 /*
3911                  * Try to shortcut three atomic ops, otherwise fall through
3912                  * and do it normally.  Drop two refs and the lock all in
3913                  * one go.
3914                  */
3915                 if (pvp) {
3916                         if (vm_page_unwire_quick(pvp->pv_m))
3917                                 panic("_pv_free: bad wirecount on pvp");
3918                 }
3919                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 2, 0)) {
3920 #ifdef PMAP_DEBUG2
3921                         if (pmap_enter_debug > 0) {
3922                                 --pmap_enter_debug;
3923                                 kprintf("pv_free: free pv %p\n", pv);
3924                         }
3925 #endif
3926                         zfree(pvzone, pv);
3927                         return;
3928                 }
3929                 pv_drop(pv);    /* ref for pv_pmap */
3930         }
3931         pv_unlock(pv);
3932         pv_drop(pv);
3933 }
3934
3935 /*
3936  * This routine is very drastic, but can save the system
3937  * in a pinch.
3938  */
3939 void
3940 pmap_collect(void)
3941 {
3942         int i;
3943         vm_page_t m;
3944         static int warningdone=0;
3945
3946         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
3947                 return;
3948         pmap_pagedaemon_waken = 0;
3949         if (warningdone < 5) {
3950                 kprintf("pmap_collect: pv_entries exhausted -- "
3951                         "suggest increasing vm.pmap_pv_entries above %ld\n",
3952                         vm_pmap_pv_entries);
3953                 warningdone++;
3954         }
3955
3956         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
3957                 m = &vm_page_array[i];
3958                 if (m->wire_count || m->hold_count)
3959                         continue;
3960                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
3961                         if (m->wire_count == 0 && m->hold_count == 0) {
3962                                 pmap_remove_all(m);
3963                         }
3964                         vm_page_wakeup(m);
3965                 }
3966         }
3967 }
3968
3969 /*
3970  * Scan the pmap for active page table entries and issue a callback.
3971  * The callback must dispose of pte_pv, whos PTE entry is at *ptep in
3972  * its parent page table.
3973  *
3974  * pte_pv will be NULL if the page or page table is unmanaged.
3975  * pt_pv will point to the page table page containing the pte for the page.
3976  *
3977  * NOTE! If we come across an unmanaged page TABLE (verses an unmanaged page),
3978  *       we pass a NULL pte_pv and we pass a pt_pv pointing to the passed
3979  *       process pmap's PD and page to the callback function.  This can be
3980  *       confusing because the pt_pv is really a pd_pv, and the target page
3981  *       table page is simply aliased by the pmap and not owned by it.
3982  *
3983  * It is assumed that the start and end are properly rounded to the page size.
3984  *
3985  * It is assumed that PD pages and above are managed and thus in the RB tree,
3986  * allowing us to use RB_SCAN from the PD pages down for ranged scans.
3987  */
3988 struct pmap_scan_info {
3989         struct pmap *pmap;
3990         vm_offset_t sva;
3991         vm_offset_t eva;
3992         vm_pindex_t sva_pd_pindex;
3993         vm_pindex_t eva_pd_pindex;
3994         void (*func)(pmap_t, struct pmap_scan_info *,
3995                      vm_pindex_t *, pv_entry_t, vm_offset_t,
3996                      pt_entry_t *, void *);
3997         void *arg;
3998         pmap_inval_bulk_t bulk_core;
3999         pmap_inval_bulk_t *bulk;
4000         int count;
4001         int stop;
4002 };
4003
4004 static int pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data);
4005 static int pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data);
4006
4007 static void
4008 pmap_scan(struct pmap_scan_info *info, int smp_inval)
4009 {
4010         struct pmap *pmap = info->pmap;
4011         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
4012         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
4013         vm_pindex_t *pte_placemark;
4014         vm_pindex_t *pt_placemark;
4015         pt_entry_t *ptep;
4016         pt_entry_t oldpte;
4017         struct pv_entry dummy_pv;
4018
4019         info->stop = 0;
4020         if (pmap == NULL)
4021                 return;
4022         if (info->sva == info->eva)
4023                 return;
4024         if (smp_inval) {
4025                 info->bulk = &info->bulk_core;
4026                 pmap_inval_bulk_init(&info->bulk_core, pmap);
4027         } else {
4028                 info->bulk = NULL;
4029         }
4030
4031         /*
4032          * Hold the token for stability; if the pmap is empty we have nothing
4033          * to do.
4034          */
4035 #if 0
4036         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
4037                 return;
4038         }
4039 #endif
4040
4041         info->count = 0;
4042
4043         /*
4044          * Special handling for scanning one page, which is a very common
4045          * operation (it is?).
4046          *
4047          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4
4048          */
4049         if (info->sva + PAGE_SIZE == info->eva) {
4050                 if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4051                         /*
4052                          * Kernel mappings do not track wire counts on
4053                          * page table pages and only maintain pd_pv and
4054                          * pte_pv levels so pmap_scan() works.
4055                          */
4056                         pt_pv = NULL;
4057                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva),
4058                                         &pte_placemark);
4059                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4060                         ptep = vtopte(info->sva);
4061                 } else {
4062                         /*
4063                          * We hold pte_placemark across the operation for
4064                          * unmanaged pages.
4065                          *
4066                          * WARNING!  We must hold pt_placemark across the
4067                          *           *ptep test to prevent misintepreting
4068                          *           a non-zero *ptep as a shared page
4069                          *           table page.  Hold it across the function
4070                          *           callback as well for SMP safety.
4071                          */
4072                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva),
4073                                         &pte_placemark);
4074                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4075                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(info->sva),
4076                                        &pt_placemark);
4077                         if (pt_pv == NULL) {
4078 #if 0
4079                                 KKASSERT(0);
4080                                 pd_pv = pv_get(pmap,
4081                                                pmap_pd_pindex(info->sva),
4082                                                NULL);
4083                                 if (pd_pv) {
4084                                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv,
4085                                                     pmap_pt_index(info->sva));
4086                                         if (*ptep) {
4087                                                 info->func(pmap, info,
4088                                                      pt_placemark, pd_pv,
4089                                                      info->sva, ptep,
4090                                                      info->arg);
4091                                         } else {
4092                                                 pv_placemarker_wakeup(pmap,
4093                                                                   pt_placemark);
4094                                         }
4095                                         pv_put(pd_pv);
4096                                 } else {
4097                                         pv_placemarker_wakeup(pmap,
4098                                                               pt_placemark);
4099                                 }
4100 #else
4101                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pt_placemark);
4102 #endif
4103                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4104                                 goto fast_skip;
4105                         }
4106                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(info->sva));
4107                 }
4108
4109                 /*
4110                  * NOTE: *ptep can't be ripped out from under us if we hold
4111                  *       pte_pv (or pte_placemark) locked, but bits can
4112                  *       change.
4113                  */
4114                 oldpte = *ptep;
4115                 cpu_ccfence();
4116                 if (oldpte == 0) {
4117                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4118                         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4119                 } else {
4120                         KASSERT((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) ==
4121                                 pmap->pmap_bits[PG_V_IDX],
4122                             ("badB *ptep %016lx/%016lx sva %016lx pte_pv NULL",
4123                             *ptep, oldpte, info->sva));
4124                         info->func(pmap, info, pte_placemark, pt_pv,
4125                                    info->sva, ptep, info->arg);
4126                 }
4127                 if (pt_pv)
4128                         pv_put(pt_pv);
4129 fast_skip:
4130                 pmap_inval_bulk_flush(info->bulk);
4131                 return;
4132         }
4133
4134         /*
4135          * Nominal scan case, RB_SCAN() for PD pages and iterate from
4136          * there.
4137          *
4138          * WARNING! eva can overflow our standard ((N + mask) >> bits)
4139          *          bounds, resulting in a pd_pindex of 0.  To solve the
4140          *          problem we use an inclusive range.
4141          */
4142         info->sva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->sva);
4143         info->eva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->eva - PAGE_SIZE);
4144
4145         if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4146                 /*
4147                  * The kernel does not currently maintain any pv_entry's for
4148                  * higher-level page tables.
4149                  */
4150                 bzero(&dummy_pv, sizeof(dummy_pv));
4151                 dummy_pv.pv_pindex = info->sva_pd_pindex;
4152                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
4153                 while (dummy_pv.pv_pindex <= info->eva_pd_pindex) {
4154                         pmap_scan_callback(&dummy_pv, info);
4155                         ++dummy_pv.pv_pindex;
4156                         if (dummy_pv.pv_pindex < info->sva_pd_pindex) /*wrap*/
4157                                 break;
4158                 }
4159                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
4160         } else {
4161                 /*
4162                  * User page tables maintain local PML4, PDP, PD, and PT
4163                  * pv_entry's.  pv_entry's are not used for PTEs.
4164                  */
4165                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
4166                 pv_entry_rb_tree_RB_SCAN(&pmap->pm_pvroot, pmap_scan_cmp,
4167                                          pmap_scan_callback, info);
4168                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
4169         }
4170         pmap_inval_bulk_flush(info->bulk);
4171 }
4172
4173 /*
4174  * WARNING! pmap->pm_spin held
4175  *
4176  * WARNING! eva can overflow our standard ((N + mask) >> bits)
4177  *          bounds, resulting in a pd_pindex of 0.  To solve the
4178  *          problem we use an inclusive range.
4179  */
4180 static int
4181 pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data)
4182 {
4183         struct pmap_scan_info *info = data;
4184         if (pv->pv_pindex < info->sva_pd_pindex)
4185                 return(-1);
4186         if (pv->pv_pindex > info->eva_pd_pindex)
4187                 return(1);
4188         return(0);
4189 }
4190
4191 /*
4192  * pmap_scan() by PDs
4193  *
4194  * WARNING! pmap->pm_spin held
4195  */
4196 static int
4197 pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data)
4198 {
4199         struct pmap_scan_info *info = data;
4200         struct pmap *pmap = info->pmap;
4201         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
4202         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
4203         vm_pindex_t *pt_placemark;
4204         pt_entry_t *ptep;
4205         pt_entry_t oldpte;
4206         vm_offset_t sva;
4207         vm_offset_t eva;
4208         vm_offset_t va_next;
4209         vm_pindex_t pd_pindex;
4210         int error;
4211
4212         /*
4213          * Stop if requested
4214          */
4215         if (info->stop)
4216                 return -1;
4217
4218         /*
4219          * Pull the PD pindex from the pv before releasing the spinlock.
4220          *
4221          * WARNING: pv is faked for kernel pmap scans.
4222          */
4223         pd_pindex = pv->pv_pindex;
4224         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
4225         pv = NULL;      /* invalid after spinlock unlocked */
4226
4227         /*
4228          * Calculate the page range within the PD.  SIMPLE pmaps are
4229          * direct-mapped for the entire 2^64 address space.  Normal pmaps
4230          * reflect the user and kernel address space which requires
4231          * cannonicalization w/regards to converting pd_pindex's back
4232          * into addresses.
4233          */
4234         sva = (pd_pindex - pmap_pd_pindex(0)) << PDPSHIFT;
4235         if ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) == 0 &&
4236             (sva & PML4_SIGNMASK)) {
4237                 sva |= PML4_SIGNMASK;
4238         }
4239         eva = sva + NBPDP;      /* can overflow */
4240         if (sva < info->sva)
4241                 sva = info->sva;
4242         if (eva < info->sva || eva > info->eva)
4243                 eva = info->eva;
4244
4245         /*
4246          * NOTE: kernel mappings do not track page table pages, only
4247          *       terminal pages.
4248          *
4249          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4.
4250          *       However, for the scan to be efficient we try to
4251          *       cache items top-down.
4252          */
4253         pd_pv = NULL;
4254         pt_pv = NULL;
4255
4256         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4257                 if (info->stop)
4258                         break;
4259                 if (sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4260                         if (pt_pv) {
4261                                 pv_put(pt_pv);
4262                                 pt_pv = NULL;
4263                         }
4264                         goto kernel_skip;
4265                 }
4266
4267                 /*
4268                  * PD cache, scan shortcut if it doesn't exist.
4269                  */
4270                 if (pd_pv == NULL) {
4271                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva), NULL);
4272                 } else if (pd_pv->pv_pmap != pmap ||
4273                            pd_pv->pv_pindex != pmap_pd_pindex(sva)) {
4274                         pv_put(pd_pv);
4275                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva), NULL);
4276                 }
4277                 if (pd_pv == NULL) {
4278                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4279                         if (va_next < sva)
4280                                 va_next = eva;
4281                         continue;
4282                 }
4283
4284                 /*
4285                  * PT cache
4286                  *
4287                  * NOTE: The cached pt_pv can be removed from the pmap when
4288                  *       pmap_dynamic_delete is enabled.
4289                  */
4290                 if (pt_pv && (pt_pv->pv_pmap != pmap ||
4291                               pt_pv->pv_pindex != pmap_pt_pindex(sva))) {
4292                         pv_put(pt_pv);
4293                         pt_pv = NULL;
4294                 }
4295                 if (pt_pv == NULL) {
4296                         pt_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pt_pindex(sva),
4297                                            &pt_placemark, &error);
4298                         if (error) {
4299                                 pv_put(pd_pv);  /* lock order */
4300                                 pd_pv = NULL;
4301                                 if (pt_pv) {
4302                                         pv_lock(pt_pv);
4303                                         pv_put(pt_pv);
4304                                         pt_pv = NULL;
4305                                 } else {
4306                                         pv_placemarker_wait(pmap, pt_placemark);
4307                                 }
4308                                 va_next = sva;
4309                                 continue;
4310                         }
4311                         /* may have to re-check later if pt_pv is NULL here */
4312                 }
4313
4314                 /*
4315                  * If pt_pv is NULL we either have a shared page table
4316                  * page (NOT IMPLEMENTED XXX) and must issue a callback
4317                  * specific to that case, or there is no page table page.
4318                  *
4319                  * Either way we can skip the page table page.
4320                  *
4321                  * WARNING! pt_pv can also be NULL due to a pv creation
4322                  *          race where we find it to be NULL and then
4323                  *          later see a pte_pv.  But its possible the pt_pv
4324                  *          got created inbetween the two operations, so
4325                  *          we must check.
4326                  *
4327                  *          XXX This should no longer be the case because
4328                  *          we have pt_placemark.
4329                  */
4330                 if (pt_pv == NULL) {
4331 #if 0
4332                         /* XXX REMOVED */
4333                         /*
4334                          * Possible unmanaged (shared from another pmap)
4335                          * page table page.
4336                          *
4337                          * WARNING!  We must hold pt_placemark across the
4338                          *           *ptep test to prevent misintepreting
4339                          *           a non-zero *ptep as a shared page
4340                          *           table page.  Hold it across the function
4341                          *           callback as well for SMP safety.
4342                          */
4343                         KKASSERT(0);
4344                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv, pmap_pt_index(sva));
4345                         if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
4346                                 info->func(pmap, info, pt_placemark, pd_pv,
4347                                            sva, ptep, info->arg);
4348                         } else {
4349                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pt_placemark);
4350                         }
4351 #else
4352                         pv_placemarker_wakeup(pmap, pt_placemark);
4353 #endif
4354
4355                         /*
4356                          * Done, move to next page table page.
4357                          */
4358                         va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4359                         if (va_next < sva)
4360                                 va_next = eva;
4361                         continue;
4362                 }
4363
4364                 /*
4365                  * From this point in the loop testing pt_pv for non-NULL
4366                  * means we are in UVM, else if it is NULL we are in KVM.
4367                  *
4368                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4369                  * by the current page table page, or to the end of the
4370                  * range being removed.
4371                  */
4372 kernel_skip:
4373                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4374                 if (va_next < sva)
4375                         va_next = eva;
4376                 if (va_next > eva)
4377                         va_next = eva;
4378
4379                 /*
4380                  * Scan the page table for pages.  Some pages may not be
4381                  * managed (might not have a pv_entry).
4382                  *
4383                  * There is no page table management for kernel pages so
4384                  * pt_pv will be NULL in that case, but otherwise pt_pv
4385                  * is non-NULL, locked, and referenced.
4386                  */
4387
4388                 /*
4389                  * At this point a non-NULL pt_pv means a UVA, and a NULL
4390                  * pt_pv means a KVA.
4391                  */
4392                 if (pt_pv)
4393                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(sva));
4394                 else
4395                         ptep = vtopte(sva);
4396
4397                 while (sva < va_next) {
4398                         vm_pindex_t *pte_placemark;
4399                         pv_entry_t pte_pv;
4400
4401                         /*
4402                          * Yield every 64 pages, stop if requested.
4403                          */
4404                         if ((++info->count & 63) == 0)
4405                                 lwkt_user_yield();
4406                         if (info->stop)
4407                                 break;
4408
4409                         /*
4410                          * We can shortcut our scan if *ptep == 0.  This is
4411                          * an unlocked check.
4412                          */
4413                         if (*ptep == 0) {
4414                                 sva += PAGE_SIZE;
4415                                 ++ptep;
4416                                 continue;
4417                         }
4418                         cpu_ccfence();
4419
4420                         /*
4421                          * Acquire the pte_placemark.  pte_pv's won't exist
4422                          * for leaf pages.
4423                          *
4424                          * A multitude of races are possible here so if we
4425                          * cannot lock definite state we clean out our cache
4426                          * and break the inner while() loop to force a loop
4427                          * up to the top of the for().
4428                          *
4429                          * XXX unlock/relock pd_pv, pt_pv, and re-test their
4430                          *     validity instead of looping up?
4431                          */
4432                         pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(sva),
4433                                             &pte_placemark, &error);
4434                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4435                         if (error) {
4436                                 if (pd_pv) {
4437                                         pv_put(pd_pv);  /* lock order */
4438                                         pd_pv = NULL;
4439                                 }
4440                                 if (pt_pv) {
4441                                         pv_put(pt_pv);  /* lock order */
4442                                         pt_pv = NULL;
4443                                 }
4444                                 pv_placemarker_wait(pmap, pte_placemark);
4445                                 va_next = sva;          /* retry */
4446                                 break;
4447                         }
4448
4449                         /*
4450                          * Reload *ptep after successfully locking the
4451                          * pindex.
4452                          */
4453                         cpu_ccfence();
4454                         oldpte = *ptep;
4455                         if (oldpte == 0) {
4456                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4457                                 sva += PAGE_SIZE;
4458                                 ++ptep;
4459                                 continue;
4460                         }
4461
4462                         /*
4463                          * We can't hold pd_pv across the callback (because
4464                          * we don't pass it to the callback and the callback
4465                          * might deadlock)
4466                          */
4467                         if (pd_pv) {
4468                                 vm_page_wire_quick(pd_pv->pv_m);
4469                                 pv_unlock(pd_pv);
4470                         }
4471
4472                         /*
4473                          * Ready for the callback.  The locked placemarker
4474                          * is consumed by the callback.
4475                          */
4476                         if (oldpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4477                                 /*
4478                                  * Managed pte
4479                                  */
4480                                 KASSERT((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]),
4481                                     ("badC *ptep %016lx/%016lx sva %016lx",
4482                                     *ptep, oldpte, sva));
4483                                 /*
4484                                  * We must unlock pd_pv across the callback
4485                                  * to avoid deadlocks on any recursive
4486                                  * disposal.  Re-check that it still exists
4487                                  * after re-locking.
4488                                  *
4489                                  * Call target disposes of pte_placemark
4490                                  * and may destroy but will not dispose
4491                                  * of pt_pv.
4492                                  */
4493                                 info->func(pmap, info, pte_placemark, pt_pv,
4494                                            sva, ptep, info->arg);
4495                         } else {
4496                                 /*
4497                                  * Unmanaged pte
4498                                  *
4499                                  * We must unlock pd_pv across the callback
4500                                  * to avoid deadlocks on any recursive
4501                                  * disposal.  Re-check that it still exists
4502                                  * after re-locking.
4503                                  *
4504                                  * Call target disposes of pte_placemark
4505                                  * and may destroy but will not dispose
4506                                  * of pt_pv.
4507                                  */
4508                                 KASSERT((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]),
4509                                     ("badD *ptep %016lx/%016lx sva %016lx ",
4510                                      *ptep, oldpte, sva));
4511                                 info->func(pmap, info, pte_placemark, pt_pv,
4512                                            sva, ptep, info->arg);
4513                         }
4514                         if (pd_pv) {
4515                                 pv_lock(pd_pv);
4516                                 if (vm_page_unwire_quick(pd_pv->pv_m)) {
4517                                         panic("pmap_scan_callback: "
4518                                               "bad wirecount on pd_pv");
4519                                 }
4520                                 if (pd_pv->pv_pmap == NULL) {
4521                                         va_next = sva;          /* retry */
4522                                         break;
4523                                 }
4524                         }
4525
4526                         /*
4527                          * NOTE: The cached pt_pv can be removed from the
4528                          *       pmap when pmap_dynamic_delete is enabled,
4529                          *       which will cause ptep to become stale.
4530                          *
4531                          *       This also means that no pages remain under
4532                          *       the PT, so we can just break out of the inner
4533                          *       loop and let the outer loop clean everything
4534                          *       up.
4535                          */
4536                         if (pt_pv && pt_pv->pv_pmap != pmap)
4537                                 break;
4538                         sva += PAGE_SIZE;
4539                         ++ptep;
4540                 }
4541         }
4542         if (pd_pv) {
4543                 pv_put(pd_pv);
4544                 pd_pv = NULL;
4545         }
4546         if (pt_pv) {
4547                 pv_put(pt_pv);
4548                 pt_pv = NULL;
4549         }
4550         if ((++info->count & 7) == 0)
4551                 lwkt_user_yield();
4552
4553         /*
4554          * Relock before returning.
4555          */
4556         spin_lock(&pmap->pm_spin);
4557         return (0);
4558 }
4559
4560 void
4561 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4562 {
4563         struct pmap_scan_info info;
4564
4565         info.pmap = pmap;
4566         info.sva = sva;
4567         info.eva = eva;
4568         info.func = pmap_remove_callback;
4569         info.arg = NULL;
4570         pmap_scan(&info, 1);
4571 #if 0
4572         cpu_invltlb();
4573         if (eva - sva < 1024*1024) {
4574                 while (sva < eva) {
4575                         cpu_invlpg((void *)sva);
4576                         sva += PAGE_SIZE;
4577                 }
4578         }
4579 #endif
4580 }
4581
4582 static void
4583 pmap_remove_noinval(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4584 {
4585         struct pmap_scan_info info;
4586
4587         info.pmap = pmap;
4588         info.sva = sva;
4589         info.eva = eva;
4590         info.func = pmap_remove_callback;
4591         info.arg = NULL;
4592         pmap_scan(&info, 0);
4593 }
4594
4595 static void
4596 pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
4597                      vm_pindex_t *pte_placemark, pv_entry_t pt_pv,
4598                      vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
4599 {
4600         pt_entry_t pte;
4601         vm_page_t oldm;
4602
4603         /*
4604          * Managed or unmanaged pte (pte_placemark is non-NULL)
4605          *
4606          * pt_pv's wire_count is still bumped by unmanaged pages
4607          * so we must decrement it manually.
4608          *
4609          * We have to unwire the target page table page.
4610          */
4611         pte = *ptep;
4612         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4613                 oldm = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
4614                 atomic_add_long(&oldm->md.interlock_count, 1);
4615         } else {
4616                 oldm = NULL;
4617         }
4618
4619         pte = pmap_inval_bulk(info->bulk, va, ptep, 0);
4620         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4621                 vm_page_t p;
4622
4623                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
4624                 KKASSERT(pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]);
4625                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4626                         vm_page_dirty(p);
4627                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4628                         vm_page_flag_set(p, PG_REFERENCED);
4629
4630                 /*
4631                  * (p) is not hard-busied.
4632                  *
4633                  * We can safely clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE only
4634                  * if PG_MAPPEDMULTI is not set, atomically.
4635                  */
4636                 pmap_removed_pte(p, pte);
4637         }
4638         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
4639                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
4640                 if (pt_pv && vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
4641                         panic("pmap_remove: insufficient wirecount");
4642         }
4643         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
4644                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
4645         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
4646                 cpu_invlpg((void *)va);
4647         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4648         if (oldm) {
4649                 if ((atomic_fetchadd_long(&oldm->md.interlock_count, -1) &
4650                      0x7FFFFFFFFFFFFFFFLU) == 0x4000000000000001LU) {
4651                         atomic_clear_long(&oldm->md.interlock_count,
4652                                           0x4000000000000000LU);
4653                         wakeup(&oldm->md.interlock_count);
4654                 }
4655         }
4656 }
4657
4658 /*
4659  * Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
4660  * Reflects back modify bits to the pager.
4661  *
4662  * This routine may not be called from an interrupt.
4663  *
4664  * The page must be busied by its caller, preventing new ptes from being
4665  * installed.  This allows us to assert that pmap_count is zero and safely
4666  * clear the MAPPED and WRITEABLE bits upon completion.
4667  */
4668 static
4669 void
4670 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4671 {
4672         long icount;
4673         int retry;
4674
4675         if (__predict_false(!pmap_initialized))
4676                 return;
4677
4678         /*
4679          * pmap_count doesn't cover fictitious pages, but PG_MAPPED does
4680          * (albeit without certain race protections).
4681          */
4682 #if 0
4683         if (m->md.pmap_count == 0)
4684                 return;
4685 #endif
4686         if ((m->flags & PG_MAPPED) == 0)
4687                 return;
4688
4689         retry = ticks + hz * 60;
4690 again:
4691         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
4692                 if (!pmap_inval_smp_cmpset(ipmap, iva, iptep, ipte, 0))
4693                         PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
4694                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4695                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4696                                 vm_page_dirty(m);
4697                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4698                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4699
4700                         /*
4701                          * NOTE: m is not hard-busied so it is not safe to
4702                          *       clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE on the 1->0
4703                          *       transition against them being set in
4704                          *       pmap_enter().
4705                          */
4706                         pmap_removed_pte(m, ipte);
4707                 }
4708
4709                 /*
4710                  * Cleanup various tracking counters.  pt_pv can't go away
4711                  * due to our wired ref.
4712                  */
4713                 if (ipmap != kernel_pmap) {
4714                         pv_entry_t pt_pv;
4715
4716                         spin_lock_shared(&ipmap->pm_spin);
4717                         pt_pv = pv_entry_lookup(ipmap, pmap_pt_pindex(iva));
4718                         spin_unlock_shared(&ipmap->pm_spin);
4719
4720                         if (pt_pv) {
4721                                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m)) {
4722                                         panic("pmap_remove_all: bad "
4723                                               "wire_count on pt_pv");
4724                                 }
4725                                 atomic_add_long(
4726                                         &ipmap->pm_stats.resident_count, -1);
4727                         }
4728                 }
4729                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
4730                         atomic_add_long(&ipmap->pm_stats.wired_count, -1);
4731                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
4732                         cpu_invlpg((void *)iva);
4733         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
4734
4735         /*
4736          * If our scan lost a pte swap race oldm->md.interlock_count might
4737          * be set from the pmap_enter() code.  If so sleep a little and try
4738          * again.
4739          */
4740         icount = atomic_fetchadd_long(&m->md.interlock_count,
4741                                       0x8000000000000000LU) +
4742                  0x8000000000000000LU;
4743         cpu_ccfence();
4744         while (icount & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFLU) {
4745                 tsleep_interlock(&m->md.interlock_count, 0);
4746                 if (atomic_fcmpset_long(&m->md.interlock_count, &icount,
4747                                         icount | 0x4000000000000000LU)) {
4748                         tsleep(&m->md.interlock_count, PINTERLOCKED,
4749                                "pgunm", 1);
4750                         icount = m->md.interlock_count;
4751                         if (retry - ticks > 0)
4752                                 goto again;
4753                         panic("pmap_remove_all: cannot return interlock_count "
4754                               "to 0 (%p, %ld)",
4755                               m, m->md.interlock_count);
4756                 }
4757         }
4758         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_MAPPEDMULTI | PG_WRITEABLE);
4759 }
4760
4761 /*
4762  * Removes the page from a particular pmap.
4763  *
4764  * The page must be busied by the caller.
4765  */
4766 void
4767 pmap_remove_specific(pmap_t pmap_match, vm_page_t m)
4768 {
4769         if (__predict_false(!pmap_initialized))
4770                 return;
4771
4772         /*
4773          * PG_MAPPED test works for both non-fictitious and fictitious pages.
4774          */
4775         if ((m->flags & PG_MAPPED) == 0)
4776                 return;
4777
4778         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, pmap_match, ipmap, iptep, ipte, iva) {
4779                 if (!pmap_inval_smp_cmpset(ipmap, iva, iptep, ipte, 0))
4780                         PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
4781                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4782                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4783                                 vm_page_dirty(m);
4784                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4785                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4786
4787                         /*
4788                          * NOTE: m is not hard-busied so it is not safe to
4789                          *       clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE on the 1->0
4790                          *       transition against them being set in
4791                          *       pmap_enter().
4792                          */
4793                         pmap_removed_pte(m, ipte);
4794                 }
4795
4796                 /*
4797                  * Cleanup various tracking counters.  pt_pv can't go away
4798                  * due to our wired ref.
4799                  */
4800                 if (ipmap != kernel_pmap) {
4801                         pv_entry_t pt_pv;
4802
4803                         spin_lock_shared(&ipmap->pm_spin);
4804                         pt_pv = pv_entry_lookup(ipmap, pmap_pt_pindex(iva));
4805                         spin_unlock_shared(&ipmap->pm_spin);
4806
4807                         if (pt_pv) {
4808                                 atomic_add_long(
4809                                         &ipmap->pm_stats.resident_count, -1);
4810                                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m)) {
4811                                         panic("pmap_remove_specific: bad "
4812                                               "wire_count on pt_pv");
4813                                 }
4814                         }
4815                 }
4816                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
4817                         atomic_add_long(&ipmap->pm_stats.wired_count, -1);
4818                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
4819                         cpu_invlpg((void *)iva);
4820         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
4821 }
4822
4823 /*
4824  * Set the physical protection on the specified range of this map
4825  * as requested.  This function is typically only used for debug watchpoints
4826  * and COW pages.
4827  *
4828  * This function may not be called from an interrupt if the map is
4829  * not the kernel_pmap.
4830  *
4831  * NOTE!  For shared page table pages we just unmap the page.
4832  */
4833 void
4834 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4835 {
4836         struct pmap_scan_info info;
4837         /* JG review for NX */
4838
4839         if (pmap == NULL)
4840                 return;
4841         if ((prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) == VM_PROT_NONE) {
4842                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4843                 return;
4844         }
4845         if (prot & VM_PROT_WRITE)
4846                 return;
4847         info.pmap = pmap;
4848         info.sva = sva;
4849         info.eva = eva;
4850         info.func = pmap_protect_callback;
4851         info.arg = &prot;
4852         pmap_scan(&info, 1);
4853 }
4854
4855 static
4856 void
4857 pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
4858                       vm_pindex_t *pte_placemark,
4859                       pv_entry_t pt_pv, vm_offset_t va,
4860                       pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
4861 {
4862         pt_entry_t pbits;
4863         pt_entry_t cbits;
4864         vm_page_t m;
4865
4866 again:
4867         pbits = *ptep;
4868         cpu_ccfence();
4869         cbits = pbits;
4870         if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4871                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
4872                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
4873         }
4874         /* else unmanaged page, adjust bits, no wire changes */
4875
4876         if (ptep) {
4877                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX];
4878 #ifdef PMAP_DEBUG2
4879                 if (pmap_enter_debug > 0) {
4880                         --pmap_enter_debug;
4881                         kprintf("pmap_protect va=%lx ptep=%p "
4882                                 "pt_pv=%p cbits=%08lx\n",
4883                                 va, ptep, pt_pv, cbits
4884                         );
4885                 }
4886 #endif
4887                 if (pbits != cbits) {
4888                         if (!pmap_inval_smp_cmpset(pmap, va,
4889                                                    ptep, pbits, cbits)) {
4890                                 goto again;
4891                         }
4892                 }
4893                 if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4894                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4895                         if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4896                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4897                         if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4898                                 vm_page_dirty(m);
4899                 }
4900         }
4901         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4902 }
4903
4904 /*
4905  * Insert the vm_page (m) at the virtual address (va), replacing any prior
4906  * mapping at that address.  Set protection and wiring as requested.
4907  *
4908  * If entry is non-NULL we check to see if the SEG_SIZE optimization is
4909  * possible.  If it is we enter the page into the appropriate shared pmap
4910  * hanging off the related VM object instead of the passed pmap, then we
4911  * share the page table page from the VM object's pmap into the current pmap.
4912  *
4913  * NOTE: This routine MUST insert the page into the pmap now, it cannot
4914  *       lazy-evaluate.
4915  */
4916 void
4917 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4918            boolean_t wired, vm_map_entry_t entry)
4919 {
4920         pv_entry_t pt_pv;       /* page table */
4921         pv_entry_t pte_pv;      /* page table entry */
4922         vm_pindex_t *pte_placemark;
4923         pt_entry_t *ptep;
4924         pt_entry_t origpte;
4925         vm_paddr_t opa;
4926         vm_page_t oldm;
4927         pt_entry_t newpte;
4928         vm_paddr_t pa;
4929         int flags;
4930         int nflags;
4931
4932         if (pmap == NULL)
4933                 return;
4934         va = trunc_page(va);
4935 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
4936         if (va >= KvaEnd)
4937                 panic("pmap_enter: toobig");
4938         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
4939                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table "
4940                       "pages (va: 0x%lx)", va);
4941 #endif
4942         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == kernel_pmap) {
4943                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with "
4944                         "kernel_pmap\n");
4945 #ifdef DDB
4946                 db_print_backtrace();
4947 #endif
4948         }
4949         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != kernel_pmap) {
4950                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without"
4951                         "kernel_pmap\n");
4952 #ifdef DDB
4953                 db_print_backtrace();
4954 #endif
4955         }
4956
4957         /*
4958          * Get the locked page table page (pt_pv) for our new page table
4959          * entry, allocating it if necessary.
4960          *
4961          * There is no pte_pv for a terminal pte so the terminal pte will
4962          * be locked via pte_placemark.
4963          *
4964          * Only MMU actions by the CPU itself can modify the ptep out from
4965          * under us.
4966          *
4967          * If the pmap is still being initialized we assume existing
4968          * page tables.
4969          *
4970          * NOTE: Kernel mapppings do not track page table pages
4971          *       (i.e. there is no pt_pv pt_pv structure).
4972          *
4973          * NOTE: origpte here is 'tentative', used only to check for
4974          *       the degenerate case where the entry already exists and
4975          *       matches.
4976          */
4977         if (__predict_false(pmap_initialized == FALSE)) {
4978                 pte_pv = NULL;
4979                 pt_pv = NULL;
4980                 pte_placemark = NULL;
4981                 ptep = vtopte(va);
4982                 origpte = *ptep;
4983         } else {
4984                 pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(va), &pte_placemark);
4985                 KKASSERT(pte_pv == NULL);
4986                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4987                         pt_pv = NULL;
4988                         ptep = vtopte(va);
4989                 } else {
4990                         pt_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
4991                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
4992                 }
4993                 origpte = *ptep;
4994                 cpu_ccfence();
4995         }
4996
4997         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4998
4999         /*
5000          * Calculate the new PTE.
5001          */
5002         newpte = (pt_entry_t)(pa | pte_prot(pmap, prot) |
5003                  pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
5004         if (wired)
5005                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_W_IDX];
5006         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
5007                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
5008         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0)
5009                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX];
5010 //      if (pmap == kernel_pmap)
5011 //              newpte |= pgeflag;
5012         newpte |= pmap->pmap_cache_bits_pte[m->pat_mode];
5013
5014         /*
5015          * It is possible for multiple faults to occur in threaded
5016          * environments, the existing pte might be correct.
5017          */
5018         if (((origpte ^ newpte) &
5019             ~(pt_entry_t)(pmap->pmap_bits[PG_M_IDX] |
5020                           pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])) == 0) {
5021                 goto done;
5022         }
5023
5024         /*
5025          * Adjust page flags.  The page is soft-busied or hard-busied, we
5026          * should be able to safely set PG_* flag bits even with the (shared)
5027          * soft-busy.
5028          *
5029          * The pmap_count and writeable_count is only tracked for
5030          * non-fictitious pages.  As a bit of a safety, bump pmap_count
5031          * and set the PG_* bits before mapping the page.  If another part
5032          * of the system does not properly hard-busy the page (against our
5033          * soft-busy or hard-busy) in order to remove mappings it might not
5034          * see the pte that we are about to add and thus will not be able to
5035          * drop pmap_count to 0.
5036          *
5037          * The PG_MAPPED and PG_WRITEABLE flags are set for any type of page.
5038          *
5039          * NOTE! PG_MAPPED and PG_WRITEABLE can only be cleared when
5040          *       the page is hard-busied AND pmap_count is 0.  This
5041          *       interlocks our setting of the flags here.
5042          */
5043         /*vm_page_spin_lock(m);*/
5044
5045         /*
5046          * In advanced mode we keep track of single mappings verses
5047          * multiple mappings in order to avoid unnecessary vm_page_protect()
5048          * calls (particularly on the kernel_map).
5049          *
5050          * If non-advanced mode we track the mapping count for similar effect.
5051          *
5052          * Avoid modifying the vm_page as much as possible, conditionalize
5053          * updates to reduce cache line ping-ponging.
5054          */
5055         flags = m->flags;
5056         cpu_ccfence();
5057         for (;;) {
5058                 nflags = PG_MAPPED;
5059                 if (newpte & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX])
5060                         nflags |= PG_WRITEABLE;
5061                 if (flags & PG_MAPPED)
5062                         nflags |= PG_MAPPEDMULTI;
5063                 if (flags == (flags | nflags))
5064                         break;
5065                 if (atomic_fcmpset_int(&m->flags, &flags, flags | nflags))
5066                         break;
5067         }
5068         /*vm_page_spin_unlock(m);*/
5069
5070         /*
5071          * A race can develop when replacing an existing mapping.  The new
5072          * page has been busied and the pte is placemark-locked, but the
5073          * old page could be ripped out from under us at any time by
5074          * a backing scan.
5075          *
5076          * If we do nothing, a concurrent backing scan may clear
5077          * PG_WRITEABLE and PG_MAPPED before we can act on oldm.
5078          */
5079         opa = origpte & PG_FRAME;
5080         if (opa && (origpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX])) {
5081                 oldm = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5082                 KKASSERT(opa == oldm->phys_addr);
5083                 KKASSERT(entry != NULL);
5084                 atomic_add_long(&oldm->md.interlock_count, 1);
5085         } else {
5086                 oldm = NULL;
5087         }
5088
5089         /*
5090          * Swap the new and old PTEs and perform any necessary SMP
5091          * synchronization.
5092          */
5093         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) || (opa == 0 && pt_pv != NULL)) {
5094                 /*
5095                  * Explicitly permitted to avoid pmap cpu mask synchronization
5096                  * or the prior content of a non-kernel-related pmap was
5097                  * invalid.
5098                  */
5099                 origpte = atomic_swap_long(ptep, newpte);
5100                 if (opa)
5101                         cpu_invlpg((void *)va);
5102         } else {
5103                 /*
5104                  * Not permitted to avoid pmap cpu mask synchronization
5105                  * or there prior content being replaced or this is a kernel
5106                  * related pmap.
5107                  *
5108                  * Due to other kernel optimizations, we cannot assume a
5109                  * 0->non_zero transition of *ptep can be done with a swap.
5110                  */
5111                 origpte = pmap_inval_smp(pmap, va, 1, ptep, newpte);
5112         }
5113         opa = origpte & PG_FRAME;
5114
5115 #ifdef PMAP_DEBUG2
5116         if (pmap_enter_debug > 0) {
5117                 --pmap_enter_debug;
5118                 kprintf("pmap_enter: va=%lx m=%p origpte=%lx newpte=%lx ptep=%p"
5119                         " pte_pv=%p pt_pv=%p opa=%lx prot=%02x\n",
5120                         va, m,
5121                         origpte, newpte, ptep,
5122                         pte_pv, pt_pv, opa, prot);
5123         }
5124 #endif
5125
5126         /*
5127          * Account for the changes in the pt_pv and pmap.
5128          *
5129          * Retain the same wiring count due to replacing an existing page,
5130          * or bump the wiring count for a new page.
5131          */
5132         if (pt_pv && opa == 0) {
5133                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
5134                 atomic_add_long(&pt_pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count, 1);
5135         }
5136         if (wired && (origpte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]) == 0)
5137                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, 1);
5138
5139         /*
5140          * Account for the removal of the old page.  pmap and pt_pv stats
5141          * have already been fully adjusted for both.
5142          *
5143          * WARNING! oldm is not soft or hard-busied.  The pte at worst can
5144          *          only be removed out from under us since we hold the
5145          *          placemarker.  So if it is still there, it must not have
5146          *          changed.
5147          *
5148          * WARNING! A backing scan can clear PG_WRITEABLE and/or PG_MAPPED
5149          *          and rip oldm away from us, possibly even freeing or
5150          *          paging it, and not setting our dirtying below.
5151          *
5152          *          To deal with this, oldm->md.interlock_count is bumped
5153          *          to indicate that we might (only might) have won the pte
5154          *          swap race, and then released below.
5155          */
5156         if (opa && (origpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX])) {
5157                 KKASSERT(oldm == PHYS_TO_VM_PAGE(opa));
5158                 if (origpte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
5159                         vm_page_dirty(oldm);
5160                 if (origpte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
5161                         vm_page_flag_set(oldm, PG_REFERENCED);
5162
5163                 /*
5164                  * NOTE: oldm is not hard-busied so it is not safe to
5165                  *       clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE on the 1->0
5166                  *       transition against them being set in
5167                  *       pmap_enter().
5168                  */
5169                 pmap_removed_pte(oldm, origpte);
5170         }
5171         if (oldm) {
5172                 if ((atomic_fetchadd_long(&oldm->md.interlock_count, -1) &
5173                      0x7FFFFFFFFFFFFFFFLU) == 0x4000000000000001LU) {
5174                         atomic_clear_long(&oldm->md.interlock_count,
5175                                           0x4000000000000000LU);
5176                         wakeup(&oldm->md.interlock_count);
5177                 }
5178         }
5179
5180 done:
5181         KKASSERT((newpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0 ||
5182                  (m->flags & PG_MAPPED));
5183
5184         /*
5185          * Cleanup the pv entry, allowing other accessors.  If the new page
5186          * is not managed but we have a pte_pv (which was locking our
5187          * operation), we can free it now.  pte_pv->pv_m should be NULL.
5188          */
5189         if (pte_placemark)
5190                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
5191         if (pt_pv)
5192                 pv_put(pt_pv);
5193 }
5194
5195 /*
5196  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5197  * to be used for panic dumps.
5198  *
5199  * The caller is responsible for calling smp_invltlb().
5200  */
5201 void *
5202 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
5203 {
5204         pmap_kenter_quick((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
5205         return ((void *)crashdumpmap);
5206 }
5207
5208 #if 0
5209 #define MAX_INIT_PT (96)
5210
5211 /*
5212  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
5213  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
5214  * immediately after an mmap.
5215  */
5216 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
5217 #endif
5218
5219 void
5220 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_map_entry_t entry,
5221                     vm_offset_t addr, vm_size_t size, int limit)
5222 {
5223 #if 0
5224         vm_prot_t prot = entry->protection;
5225         vm_object_t object = entry->ba.object;
5226         vm_pindex_t pindex = atop(entry->ba.offset + (addr - entry->ba.start));
5227         struct rb_vm_page_scan_info info;
5228         struct lwp *lp;
5229         vm_size_t psize;
5230
5231         /*
5232          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
5233          * or object.
5234          */
5235         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
5236                 return;
5237
5238         /*
5239          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
5240          */
5241         lp = curthread->td_lwp;
5242         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
5243                 return;
5244
5245         /*
5246          * Misc additional checks
5247          */
5248         psize = x86_64_btop(size);
5249
5250         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
5251                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
5252                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
5253                 return;
5254         }
5255
5256         if (pindex + psize > object->size) {
5257                 if (object->size < pindex)
5258                         return;           
5259                 psize = object->size - pindex;
5260         }
5261
5262         if (psize == 0)
5263                 return;
5264
5265         /*
5266          * If everything is segment-aligned do not pre-init here.  Instead
5267          * allow the normal vm_fault path to pass a segment hint to
5268          * pmap_enter() which will then use an object-referenced shared
5269          * page table page.
5270          */
5271         if ((addr & SEG_MASK) == 0 &&
5272             (ctob(psize) & SEG_MASK) == 0 &&
5273             (ctob(pindex) & SEG_MASK) == 0) {
5274                 return;
5275         }
5276
5277         /*
5278          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
5279          * any valid pages found into the pmap.
5280          *
5281          * We cannot safely scan the object's memq without holding the
5282          * object token.
5283          */
5284         info.start_pindex = pindex;
5285         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
5286         info.limit = limit;
5287         info.mpte = NULL;
5288         info.addr = addr;
5289         info.pmap = pmap;
5290         info.object = object;
5291         info.entry = entry;
5292
5293         /*
5294          * By using the NOLK scan, the callback function must be sure
5295          * to return -1 if the VM page falls out of the object.
5296          */
5297         vm_object_hold_shared(object);
5298         vm_page_rb_tree_RB_SCAN_NOLK(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
5299                                      pmap_object_init_pt_callback, &info);
5300         vm_object_drop(object);
5301 #endif
5302 }
5303
5304 #if 0
5305
5306 static
5307 int
5308 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
5309 {
5310         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
5311         vm_pindex_t rel_index;
5312         int hard_busy;
5313
5314         /*
5315          * don't allow an madvise to blow away our really
5316          * free pages allocating pv entries.
5317          */
5318         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
5319                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
5320                     return(-1);
5321         }
5322
5323         /*
5324          * Ignore list markers and ignore pages we cannot instantly
5325          * busy (while holding the object token).
5326          */
5327         if (p->flags & PG_MARKER)
5328                 return 0;
5329         hard_busy = 0;
5330 again:
5331         if (hard_busy) {
5332                 if (vm_page_busy_try(p, TRUE))
5333                         return 0;
5334         } else {
5335                 if (vm_page_sbusy_try(p))
5336                         return 0;
5337         }
5338         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
5339             (p->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5340                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE) {
5341                         if (hard_busy == 0) {
5342                                 vm_page_sbusy_drop(p);
5343                                 hard_busy = 1;
5344                                 goto again;
5345                         }
5346                         vm_page_deactivate(p);
5347                 }
5348                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
5349                 pmap_enter(info->pmap, info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p,
5350                            VM_PROT_READ, FALSE, info->entry);
5351         }
5352         if (hard_busy)
5353                 vm_page_wakeup(p);
5354         else
5355                 vm_page_sbusy_drop(p);
5356
5357         /*
5358          * We are using an unlocked scan (that is, the scan expects its
5359          * current element to remain in the tree on return).  So we have
5360          * to check here and abort the scan if it isn't.
5361          */
5362         if (p->object != info->object)
5363                 return -1;
5364         lwkt_yield();
5365         return(0);
5366 }
5367
5368 #endif
5369
5370 /*
5371  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially pre-fault the specified
5372  * address.
5373  *
5374  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a pte is already loaded
5375  * into the slot.
5376  *
5377  * The address must reside within a vm_map mapped range to ensure that the
5378  * page table doesn't get ripped out from under us.
5379  *
5380  * XXX This is safe only because page table pages are not freed.
5381  */
5382 int
5383 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5384 {
5385         pt_entry_t *pte;
5386
5387         /*spin_lock(&pmap->pm_spin);*/
5388         if ((pte = pmap_pte(pmap, addr)) != NULL) {
5389                 if (*pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
5390                         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
5391                         return FALSE;
5392                 }
5393         }
5394         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
5395         return TRUE;
5396 }
5397
5398 /*
5399  * Change the wiring attribute for a pmap/va pair.  The mapping must already
5400  * exist in the pmap.  The mapping may or may not be managed.  The wiring in
5401  * the page is not changed, the page is returned so the caller can adjust
5402  * its wiring (the page is not locked in any way).
5403  *
5404  * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to invalidate
5405  * TLB.  However, in an SMP environment we must use a locked bus cycle to
5406  * update the pte (if we are not using the pmap_inval_*() API that is)...
5407  * it's ok to do this for simple wiring changes.
5408  */
5409 vm_page_t
5410 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5411 {
5412         pt_entry_t *ptep;
5413         pv_entry_t pt_pv;
5414         vm_paddr_t pa;
5415         vm_page_t m;
5416
5417         if (pmap == NULL)
5418                 return NULL;
5419
5420         /*
5421          * Assume elements in the kernel pmap are stable
5422          */
5423         if (pmap == kernel_pmap) {
5424                 if (pmap_pt(pmap, va) == 0)
5425                         return NULL;
5426                 ptep = pmap_pte_quick(pmap, va);
5427                 if (pmap_pte_v(pmap, ptep)) {
5428                         if (pmap_pte_w(pmap, ptep))
5429                                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count,-1);
5430                         atomic_clear_long(ptep, pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]);
5431                         pa = *ptep & PG_FRAME;
5432                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5433                 } else {
5434                         m = NULL;
5435                 }
5436         } else {
5437                 /*
5438                  * We can only [un]wire pmap-local pages (we cannot wire
5439                  * shared pages)
5440                  */
5441                 pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
5442                 if (pt_pv == NULL)
5443                         return NULL;
5444
5445                 ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
5446                 if ((*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0) {
5447                         pv_put(pt_pv);
5448                         return NULL;
5449                 }
5450
5451                 if (pmap_pte_w(pmap, ptep)) {
5452                         atomic_add_long(&pt_pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count,
5453                                         -1);
5454                 }
5455                 /* XXX else return NULL so caller doesn't unwire m ? */
5456
5457                 atomic_clear_long(ptep, pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]);
5458
5459                 pa = *ptep & PG_FRAME;
5460                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);        /* held by wired count */
5461                 pv_put(pt_pv);
5462         }
5463         return m;
5464 }
5465
5466 /*
5467  * Copy the range specified by src_addr/len from the source map to
5468  * the range dst_addr/len in the destination map.
5469  *
5470  * This routine is only advisory and need not do anything.
5471  */
5472 void
5473 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
5474           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
5475 {
5476 }       
5477
5478 /*
5479  * pmap_zero_page:
5480  *
5481  *      Zero the specified physical page.
5482  *
5483  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
5484  *      required.
5485  */
5486 void
5487 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
5488 {
5489         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
5490
5491         pagezero((void *)va);
5492 }
5493
5494 /*
5495  * pmap_zero_page:
5496  *
5497  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
5498  *      its contents with bzero.
5499  *
5500  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5501  */
5502 void
5503 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
5504 {
5505         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
5506
5507         bzero((char *)virt + off, size);
5508 }
5509
5510 /*
5511  * pmap_copy_page:
5512  *
5513  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
5514  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
5515  *      is required.
5516  */
5517 void
5518 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
5519 {
5520         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
5521
5522         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
5523         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
5524         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
5525 }
5526
5527 /*
5528  * pmap_copy_page_frag:
5529  *
5530  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
5531  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
5532  *      is required.
5533  */
5534 void
5535 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
5536 {
5537         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
5538
5539         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
5540         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
5541
5542         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
5543               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
5544               bytes);
5545 }
5546
5547 /*
5548  * Remove all pages from specified address space this aids process exit
5549  * speeds.  Also, this code may be special cased for the current process
5550  * only.
5551  */
5552 void
5553 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5554 {
5555         pmap_remove_noinval(pmap, sva, eva);
5556         cpu_invltlb();
5557 }
5558
5559 /*
5560  * pmap_testbit tests bits in pte's note that the testbit/clearbit
5561  * routines are inline, and a lot of things compile-time evaluate.
5562  *
5563  * Currently only used to test the 'M'odified bit.  If the page
5564  * is not PG_WRITEABLE, the 'M'odified bit cannot be set and we
5565  * return immediately.  Fictitious pages do not track this bit.
5566  */
5567 static
5568 boolean_t
5569 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
5570 {
5571         int res = FALSE;
5572
5573         if (__predict_false(!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)))
5574                 return FALSE;
5575         /*
5576          * Nothing to do if all the mappings are already read-only.
5577          * The page's [M]odify bits have already been synchronized
5578          * to the vm_page_t and cleaned out.
5579          */
5580         if (bit == PG_M_IDX && (m->flags & PG_WRITEABLE) == 0)
5581                 return FALSE;
5582
5583         /*
5584          * Iterate the mapping
5585          */
5586         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5587                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[bit]) {
5588                         res = TRUE;
5589                         break;
5590                 }
5591         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5592         return res;
5593 }
5594
5595 /*
5596  * This routine is used to modify bits in ptes.  Only one bit should be
5597  * specified.  PG_RW requires special handling.  This call works with
5598  * any sort of mapped page.  PG_FICTITIOUS pages might not be optimal.
5599  *
5600  * Caller must NOT hold any spin locks
5601  * Caller must hold (m) hard-busied
5602  *
5603  * NOTE: When clearing PG_M we could also (not implemented) drop
5604  *       through to the PG_RW code and clear PG_RW too, forcing
5605  *       a fault on write to redetect PG_M for virtual kernels, but
5606  *       it isn't necessary since virtual kernels invalidate the
5607  *       pte when they clear the VPTE_M bit in their virtual page
5608  *       tables.
5609  *
5610  * NOTE: Does not re-dirty the page when clearing only PG_M.
5611  *
5612  * NOTE: Because we do not lock the pv, *pte can be in a state of
5613  *       flux.  Despite this the value of *pte is still somewhat
5614  *       related while we hold the vm_page spin lock.
5615  *
5616  *       *pte can be zero due to this race.  Since we are clearing
5617  *       bits we basically do no harm when this race occurs.
5618  */
5619 static __inline
5620 void
5621 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit_index)
5622 {
5623         pt_entry_t npte;
5624         int retry;
5625         long icount;
5626
5627         /*
5628          * Too early in the boot
5629          */
5630         if (__predict_false(!pmap_initialized)) {
5631                 if (bit_index == PG_RW_IDX)
5632                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
5633                 return;
5634         }
5635         if ((m->flags & (PG_MAPPED | PG_WRITEABLE)) == 0)
5636                 return;
5637
5638         /*
5639          * Being asked to clear other random bits, we don't track them
5640          * so we have to iterate.
5641          *
5642          * pmap_clear_reference() is called (into here) with the page
5643          * hard-busied to check whether the page is still mapped and
5644          * will clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE if it isn't.
5645          */
5646         if (bit_index != PG_RW_IDX) {
5647 #if 0
5648                 long icount;
5649
5650                 icount = 0;
5651 #endif
5652                 PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5653 #if 0
5654                         ++icount;
5655 #endif
5656                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[bit_index]) {
5657                                 atomic_clear_long(iptep,
5658                                                   ipmap->pmap_bits[bit_index]);
5659                         }
5660                 } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5661 #if 0
5662                 if (icount == 0) {
5663                         icount = atomic_fetchadd_long(&m->md.interlock_count,
5664                                                       0x8000000000000000LU);
5665                         if ((icount & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFLU) == 0) {
5666                                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED |
5667                                                       PG_MAPPEDMULTI |
5668                                                       PG_WRITEABLE);
5669                         }
5670                 }
5671 #endif
5672                 return;
5673         }
5674
5675         /*
5676          * Being asked to clear the RW bit.
5677          *
5678          * Nothing to do if all the mappings are already read-only
5679          */
5680         if ((m->flags & PG_WRITEABLE) == 0)
5681                 return;
5682
5683         /*
5684          * Iterate the mappings and check.
5685          */
5686         retry = ticks + hz * 60;
5687 again:
5688         /*
5689          * Clear PG_RW. This also clears PG_M and marks the page dirty if
5690          * PG_M was set.
5691          *
5692          * Since the caller holds the page hard-busied we can safely clear
5693          * PG_WRITEABLE, and callers expect us to for the PG_RW_IDX path.
5694          */
5695         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5696 #if 0
5697                 if ((ipte & ipmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0)
5698                         continue;
5699 #endif
5700                 if ((ipte & ipmap->pmap_bits[PG_RW_IDX]) == 0)
5701                         continue;
5702                 npte = ipte & ~(ipmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
5703                                 ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX]);
5704                 if (!pmap_inval_smp_cmpset(ipmap, iva, iptep, ipte, npte))
5705                         PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
5706                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
5707                         vm_page_dirty(m);
5708
5709                 /*
5710                  * NOTE: m is not hard-busied so it is not safe to
5711                  *       clear PG_WRITEABLE on the 1->0 transition
5712                  *       against it being set in pmap_enter().
5713                  *
5714                  *       pmap_count and writeable_count are only applicable
5715                  *       to non-fictitious pages (PG_MANAGED_IDX from pte)
5716                  */
5717         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5718
5719         /*
5720          * If our scan lost a pte swap race oldm->md.interlock_count might
5721          * be set from the pmap_enter() code.  If so sleep a little and try
5722          * again.
5723          *
5724          * Use an atomic op to access interlock_count to ensure ordering.
5725          */
5726         icount = atomic_fetchadd_long(&m->md.interlock_count,
5727                                       0x8000000000000000LU) +
5728                  0x8000000000000000LU;
5729         cpu_ccfence();
5730         while (icount & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFLU) {
5731                 tsleep_interlock(&m->md.interlock_count, 0);
5732                 if (atomic_fcmpset_long(&m->md.interlock_count, &icount,
5733                                         icount | 0x4000000000000000LU)) {
5734                         tsleep(&m->md.interlock_count, PINTERLOCKED,
5735                                "pgunm", 1);
5736                         icount = m->md.interlock_count;
5737                         if (retry - ticks > 0)
5738                                 goto again;
5739                         panic("pmap_clearbit: cannot return interlock_count "
5740                               "to 0 (%p, %ld)",
5741                               m, m->md.interlock_count);
5742                 }
5743         }
5744         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
5745 }
5746
5747 /*
5748  * Lower the permission for all mappings to a given page.
5749  *
5750  * Page must be hard-busied by caller.  Because the page is busied by the
5751  * caller, this should not be able to race a pmap_enter().
5752  */
5753 void
5754 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
5755 {
5756         /* JG NX support? */
5757         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5758                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
5759                         /*
5760                          * NOTE: pmap_clearbit(.. PG_RW) also clears
5761                          *       the PG_WRITEABLE flag in (m).
5762                          */
5763                         pmap_clearbit(m, PG_RW_IDX);
5764                 } else {
5765                         pmap_remove_all(m);
5766                 }
5767         }
5768 }
5769
5770 vm_paddr_t
5771 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
5772 {
5773         return (x86_64_ptob(ppn));
5774 }
5775
5776 /*
5777  * Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5778  * It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5779  * is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5780  * reference bits set.
5781  *
5782  * XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5783  * should be tested and standardized at some point in the future for
5784  * optimal aging of shared pages.
5785  *
5786  * This routine may not block.
5787  */
5788 int
5789 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5790 {
5791         int rval = 0;
5792         pt_entry_t npte;
5793
5794         if (__predict_false(!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)))
5795                 return rval;
5796         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5797                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX]) {
5798                         npte = ipte & ~ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
5799                         if (!atomic_cmpset_long(iptep, ipte, npte))
5800                                 PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
5801                         ++rval;
5802                         if (rval > 4)
5803                                 break;
5804                 }
5805         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5806         return rval;
5807 }
5808
5809 /*
5810  *      pmap_is_modified:
5811  *
5812  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5813  *      in any physical maps.
5814  */
5815 boolean_t
5816 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5817 {
5818         boolean_t res;
5819
5820         res = pmap_testbit(m, PG_M_IDX);
5821         return (res);
5822 }
5823
5824 /*
5825  * Clear the modify bit on the vm_page.
5826  *
5827  * The page must be hard-busied.
5828  */
5829 void
5830 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5831 {
5832         pmap_clearbit(m, PG_M_IDX);
5833 }
5834
5835 /*
5836  *      pmap_clear_reference:
5837  *
5838  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
5839  */
5840 void
5841 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
5842 {
5843         pmap_clearbit(m, PG_A_IDX);
5844 }
5845
5846 /*
5847  * Miscellaneous support routines follow
5848  */
5849
5850 static
5851 void
5852 x86_64_protection_init(void)
5853 {
5854         uint64_t *kp;
5855         int prot;
5856
5857         /*
5858          * NX supported? (boot time loader.conf override only)
5859          *
5860          * -1   Automatic (sets mode 1)
5861          *  0   Disabled
5862          *  1   NX implemented, differentiates PROT_READ vs PROT_READ|PROT_EXEC
5863          *  2   NX implemented for all cases
5864          */
5865         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.pmap_nx_enable", &pmap_nx_enable);
5866         if ((amd_feature & AMDID_NX) == 0) {
5867                 pmap_bits_default[PG_NX_IDX] = 0;
5868                 pmap_nx_enable = 0;
5869         } else if (pmap_nx_enable < 0) {
5870                 pmap_nx_enable = 1;             /* default to mode 1 (READ) */
5871         }
5872
5873         /*
5874          * 0 is basically read-only access, but also set the NX (no-execute)
5875          * bit when VM_PROT_EXECUTE is not specified.
5876          */
5877         kp = protection_codes;
5878         for (prot = 0; prot < PROTECTION_CODES_SIZE; prot++) {
5879                 switch (prot) {
5880                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
5881                         /*
5882                          * This case handled elsewhere
5883                          */
5884                         *kp = 0;
5885                         break;
5886                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
5887                         /*
5888                          * Read-only is 0|NX    (pmap_nx_enable mode >= 1)
5889                          */
5890                         if (pmap_nx_enable >= 1)
5891                                 *kp = pmap_bits_default[PG_NX_IDX];
5892                         break;
5893                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
5894                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
5895                         /*
5896                          * Execute requires read access
5897                          */
5898                         *kp = 0;
5899                         break;
5900                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
5901                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
5902                         /*
5903                          * Write without execute is RW|NX
5904                          *                      (pmap_nx_enable mode >= 2)
5905                          */
5906                         *kp = pmap_bits_default[PG_RW_IDX];
5907                         if (pmap_nx_enable >= 2)
5908                                 *kp |= pmap_bits_default[PG_NX_IDX];
5909                         break;
5910                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
5911                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
5912                         /*
5913                          * Write with execute is RW
5914                          */
5915                         *kp = pmap_bits_default[PG_RW_IDX];
5916                         break;
5917                 }
5918                 ++kp;
5919         }
5920 }
5921
5922 /*
5923  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5924  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5925  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5926  * NOT real memory.
5927  *
5928  * NOTE: We can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
5929  *       a time.
5930  *
5931  * NOTE: The PAT attributes {WRITE_BACK, WRITE_THROUGH, UNCACHED, UNCACHEABLE}
5932  *       work whether the cpu supports PAT or not.  The remaining PAT
5933  *       attributes {WRITE_PROTECTED, WRITE_COMBINING} only work if the cpu
5934  *       supports PAT.
5935  */
5936 void *
5937 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5938 {
5939         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5940 }
5941
5942 void *
5943 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5944 {
5945         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
5946 }
5947
5948 void *
5949 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5950 {
5951         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5952 }
5953
5954 /*
5955  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5956  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5957  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5958  * NOT real memory.
5959  */
5960 void *
5961 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
5962 {
5963         vm_offset_t va, tmpva, offset;
5964         pt_entry_t *pte;
5965         vm_size_t tmpsize;
5966
5967         offset = pa & PAGE_MASK;
5968         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5969
5970         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size, VM_SUBSYS_MAPDEV, PAGE_SIZE);
5971         if (va == 0)
5972                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
5973
5974         pa = pa & ~PAGE_MASK;
5975         for (tmpva = va, tmpsize = size; tmpsize > 0;) {
5976                 pte = vtopte(tmpva);
5977                 *pte = pa |
5978                     kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
5979                     kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] | /* pgeflag | */
5980                     kernel_pmap->pmap_cache_bits_pte[mode];
5981                 tmpsize -= PAGE_SIZE;
5982                 tmpva += PAGE_SIZE;
5983                 pa += PAGE_SIZE;
5984         }
5985         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + size);
5986         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
5987
5988         return ((void *)(va + offset));
5989 }
5990
5991 void
5992 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5993 {
5994         vm_offset_t base, offset;
5995
5996         base = va & ~PAGE_MASK;
5997         offset = va & PAGE_MASK;
5998         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5999         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
6000         kmem_free(kernel_map, base, size);
6001 }
6002
6003 /*
6004  * Sets the memory attribute for the specified page.
6005  */
6006 void
6007 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6008 {
6009
6010     m->pat_mode = ma;
6011
6012     /*
6013      * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6014      * can be relied upon to perform any cache operations that are
6015      * required for data coherence.
6016      */
6017     if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0)
6018         pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), 1, m->pat_mode);
6019 }
6020
6021 /*
6022  * Change the PAT attribute on an existing kernel memory map.  Caller
6023  * must ensure that the virtual memory in question is not accessed
6024  * during the adjustment.
6025  *
6026  * If the va is within the DMAP we cannot use vtopte() because the DMAP
6027  * utilizes 2MB or 1GB pages.  2MB is forced atm so calculate the pd_entry
6028  * pointer based on that.
6029  */
6030 void
6031 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t count, int mode)
6032 {
6033         pt_entry_t *pte;
6034         vm_offset_t base;
6035         int changed = 0;
6036
6037         if (va == 0)
6038                 panic("pmap_change_attr: va is NULL");
6039         base = trunc_page(va);
6040
6041         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
6042                 pd_entry_t *pd;
6043
6044                 KKASSERT(va < DMapMaxAddress);
6045                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(DMPDphys);
6046                 pd += (va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> PDRSHIFT;
6047
6048                 while ((long)count > 0) {
6049                         *pd =
6050                            (*pd & ~(pd_entry_t)(kernel_pmap->pmap_cache_mask_pde)) |
6051                            kernel_pmap->pmap_cache_bits_pde[mode];
6052                         count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
6053                         va += NBPDR;
6054                         ++pd;
6055                 }
6056         } else {
6057                 while (count) {
6058                         pte = vtopte(va);
6059                         *pte =
6060                            (*pte & ~(pt_entry_t)(kernel_pmap->pmap_cache_mask_pte)) |
6061                            kernel_pmap->pmap_cache_bits_pte[mode];
6062                         --count;
6063                         va += PAGE_SIZE;
6064                 }
6065         }
6066
6067         changed = 1;    /* XXX: not optimal */
6068
6069         /*
6070          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6071          * shouldn't be, etc.
6072          */
6073         if (changed) {
6074                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, va);
6075                 pmap_invalidate_cache_range(base, va);
6076         }
6077 }
6078
6079 /*
6080  * perform the pmap work for mincore
6081  */
6082 int
6083 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
6084 {
6085         pt_entry_t *ptep, pte;
6086         vm_page_t m;
6087         int val = 0;
6088         
6089         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
6090
6091         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
6092                 vm_offset_t pa;
6093
6094                 val = MINCORE_INCORE;
6095                 pa = pte & PG_FRAME;
6096                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX])
6097                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6098                 else
6099                         m = NULL;
6100
6101                 /*
6102                  * Modified by us
6103                  */
6104                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
6105                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6106
6107                 /*
6108                  * Modified by someone
6109                  */
6110                 else if (m && (m->dirty || pmap_is_modified(m)))
6111                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6112
6113                 /*
6114                  * Referenced by us, or someone else.
6115                  */
6116                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]) {
6117                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6118                 } else if (m && ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
6119                                  pmap_ts_referenced(m))) {
6120                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6121                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
6122                 }
6123         } 
6124         return val;
6125 }
6126
6127 /*
6128  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
6129  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
6130  *
6131  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
6132  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
6133  *
6134  * The process must hold the vmspace->vm_map.token for oldvm and newvm
6135  */
6136 void
6137 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
6138 {
6139         struct vmspace *oldvm;
6140         struct lwp *lp;
6141
6142         oldvm = p->p_vmspace;
6143         if (oldvm != newvm) {
6144                 if (adjrefs)
6145                         vmspace_ref(newvm);
6146                 p->p_vmspace = newvm;
6147                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
6148                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
6149                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
6150                 if (adjrefs)
6151                         vmspace_rel(oldvm);
6152         }
6153 }
6154
6155 /*
6156  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
6157  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
6158  * on a per-lwp basis.
6159  *
6160  * Caller does not necessarily hold any vmspace tokens.  Caller must control
6161  * the lwp (typically be in the context of the lwp).  We use a critical
6162  * section to protect against statclock and hardclock (statistics collection).
6163  */
6164 void
6165 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
6166 {
6167         struct vmspace *oldvm;
6168         struct pmap *pmap;
6169         thread_t td;
6170
6171         oldvm = lp->lwp_vmspace;
6172
6173         if (oldvm != newvm) {
6174                 crit_enter();
6175                 td = curthread;
6176                 KKASSERT((newvm->vm_refcnt & VM_REF_DELETED) == 0);
6177                 lp->lwp_vmspace = newvm;
6178                 if (td->td_lwp == lp) {
6179                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
6180                         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(pmap->pm_active, mycpu->gd_cpuid);
6181                         if (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL)
6182                                 pmap_interlock_wait(newvm);
6183 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
6184                         tlb_flush_count++;
6185 #endif
6186                         if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] == REGULAR_PMAP) {
6187                                 td->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
6188                                 if (meltdown_mitigation && pmap->pm_pmlpv_iso) {
6189                                         td->td_pcb->pcb_cr3_iso =
6190                                                 vtophys(pmap->pm_pml4_iso);
6191                                         td->td_pcb->pcb_flags |= PCB_ISOMMU;
6192                                 } else {
6193                                         td->td_pcb->pcb_cr3_iso = 0;
6194                                         td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_ISOMMU;
6195                                 }
6196                         } else if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] == EPT_PMAP) {
6197                                 td->td_pcb->pcb_cr3 = KPML4phys;
6198                                 td->td_pcb->pcb_cr3_iso = 0;
6199                                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_ISOMMU;
6200                         } else {
6201                                 panic("pmap_setlwpvm: unknown pmap type\n");
6202                         }
6203
6204                         /*
6205                          * The MMU separation fields needs to be updated.
6206                          * (it can't access the pcb directly from the
6207                          * restricted user pmap).
6208                          */
6209                         {
6210                                 struct trampframe *tramp;
6211
6212                                 tramp = &pscpu->trampoline;
6213                                 tramp->tr_pcb_cr3 = td->td_pcb->pcb_cr3;
6214                                 tramp->tr_pcb_cr3_iso = td->td_pcb->pcb_cr3_iso;
6215                                 tramp->tr_pcb_flags = td->td_pcb->pcb_flags;
6216                                 tramp->tr_pcb_rsp = (register_t)td->td_pcb;
6217                                 /* tr_pcb_rsp doesn't change */
6218                         }
6219
6220                         /*
6221                          * In kernel-land we always use the normal PML4E
6222                          * so the kernel is fully mapped and can also access
6223                          * user memory.
6224                          */
6225                         load_cr3(td->td_pcb->pcb_cr3);
6226                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
6227                         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(pmap->pm_active,
6228                                                mycpu->gd_cpuid);
6229                 }
6230                 crit_exit();
6231         }
6232 }
6233
6234 /*
6235  * Called when switching to a locked pmap, used to interlock against pmaps
6236  * undergoing modifications to prevent us from activating the MMU for the
6237  * target pmap until all such modifications have completed.  We have to do
6238  * this because the thread making the modifications has already set up its
6239  * SMP synchronization mask.
6240  *
6241  * This function cannot sleep!
6242  *
6243  * No requirements.
6244  */
6245 void
6246 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
6247 {
6248         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
6249
6250         if (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL) {
6251                 crit_enter();
6252                 KKASSERT(curthread->td_critcount >= 2);
6253                 DEBUG_PUSH_INFO("pmap_interlock_wait");
6254                 while (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL) {
6255                         cpu_ccfence();
6256                         lwkt_process_ipiq();
6257                 }
6258                 DEBUG_POP_INFO();
6259                 crit_exit();
6260         }
6261 }
6262
6263 vm_offset_t
6264 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
6265 {
6266
6267         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) ||
6268             ((obj->type != OBJT_DEVICE) && (obj->type != OBJT_MGTDEVICE))) {
6269                 return addr;
6270         }
6271
6272         addr = roundup2(addr, NBPDR);
6273         return addr;
6274 }
6275
6276 /*
6277  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
6278  */
6279 vm_page_t
6280 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
6281 {
6282         pt_entry_t *ptep = vtopte(va);
6283
6284         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME));
6285 }
6286
6287 /*
6288  * Initialize machine-specific shared page directory support.  This
6289  * is executed when a VM object is created.
6290  */
6291 void
6292 pmap_object_init(vm_object_t object)
6293 {
6294 }
6295
6296 /*
6297  * Clean up machine-specific shared page directory support.  This
6298  * is executed when a VM object is destroyed.
6299  */
6300 void
6301 pmap_object_free(vm_object_t object)
6302 {
6303 }
6304
6305 /*
6306  * pmap_pgscan_callback - Used by pmap_pgscan to acquire the related
6307  * VM page and issue a pginfo->callback.
6308  */
6309 static
6310 void
6311 pmap_pgscan_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
6312                       vm_pindex_t *pte_placemark,
6313                       pv_entry_t pt_pv, vm_offset_t va,
6314                       pt_entry_t *ptep, void *arg)
6315 {
6316         struct pmap_pgscan_info *pginfo = arg;
6317         vm_page_t m;
6318         pt_entry_t pte;
6319
6320         pte = *ptep;
6321         cpu_ccfence();
6322
6323         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
6324                 /*
6325                  * Try to busy the page while we hold the pte_placemark locked.
6326                  */
6327                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME);
6328                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
6329                         if (m == PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME)) {
6330                                 /*
6331                                  * The callback is issued with the pt_pv
6332                                  * unlocked.
6333                                  */
6334                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6335                                 if (pt_pv) {
6336                                         vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
6337                                         pv_unlock(pt_pv);
6338                                 }
6339                                 if (pginfo->callback(pginfo, va, m) < 0)
6340                                         info->stop = 1;
6341                                 if (pt_pv) {
6342                                         pv_lock(pt_pv);
6343                                         if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m)) {
6344                                                 panic("pmap_pgscan: bad wire_"
6345                                                       "count on pt_pv");
6346                                         }
6347                                 }
6348                         } else {
6349                                 vm_page_wakeup(m);
6350                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6351                         }
6352                 } else {
6353                         ++pginfo->busycount;
6354                         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6355                 }
6356         } else {
6357                 /*
6358                  * Shared page table or unmanaged page (sharept or !sharept)
6359                  */
6360                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6361         }
6362 }
6363
6364 void
6365 pmap_pgscan(struct pmap_pgscan_info *pginfo)
6366 {
6367         struct pmap_scan_info info;
6368
6369         pginfo->offset = pginfo->beg_addr;
6370         info.pmap = pginfo->pmap;
6371         info.sva = pginfo->beg_addr;
6372         info.eva = pginfo->end_addr;
6373         info.func = pmap_pgscan_callback;
6374         info.arg = pginfo;
6375         pmap_scan(&info, 0);
6376         if (info.stop == 0)
6377                 pginfo->offset = pginfo->end_addr;
6378 }
6379
6380 /*
6381  * Wait for a placemarker that we do not own to clear.  The placemarker
6382  * in question is not necessarily set to the pindex we want, we may have
6383  * to wait on the element because we want to reserve it ourselves.
6384  *
6385  * NOTE: PM_PLACEMARK_WAKEUP sets a bit which is already set in
6386  *       PM_NOPLACEMARK, so it does not interfere with placemarks
6387  *       which have already been woken up.
6388  *
6389  * NOTE: This routine is called without the pmap spin-lock and so can
6390  *       race changes to *pmark.  Due to the sensitivity of the routine
6391  *       to possible MULTIPLE interactions from other cpus, and the
6392  *       overloading of the WAKEUP bit on PM_NOPLACEMARK, we have to
6393  *       use a cmpset loop to avoid a race that might cause the WAKEUP
6394  *       bit to be lost.
6395  *
6396  * Caller is expected to retry its operation upon return.
6397  */
6398 static
6399 void
6400 pv_placemarker_wait(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark)
6401 {
6402         vm_pindex_t mark;
6403
6404         mark = *pmark;
6405         cpu_ccfence();
6406         while (mark != PM_NOPLACEMARK) {
6407                 tsleep_interlock(pmark, 0);
6408                 if (atomic_fcmpset_long(pmark, &mark,
6409                                        mark | PM_PLACEMARK_WAKEUP)) {
6410                         tsleep(pmark, PINTERLOCKED, "pvplw", 0);
6411                         break;
6412                 }
6413         }
6414 }
6415
6416 /*
6417  * Wakeup a placemarker that we own.  Replace the entry with
6418  * PM_NOPLACEMARK and issue a wakeup() if necessary.
6419  */
6420 static
6421 void
6422 pv_placemarker_wakeup(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark)
6423 {
6424         vm_pindex_t pindex;
6425
6426         pindex = atomic_swap_long(pmark, PM_NOPLACEMARK);
6427         KKASSERT(pindex != PM_NOPLACEMARK);
6428         if (pindex & PM_PLACEMARK_WAKEUP)
6429                 wakeup(pmark);
6430 }