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) 2011-2012 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
  48 #if 0 /* JG */
  49 #include "opt_disable_pse.h"
  50 #include "opt_pmap.h"
  51 #endif
  52 #include "opt_msgbuf.h"
  53
  54 #include <sys/param.h>
  55 #include <sys/kernel.h>
  56 #include <sys/proc.h>
  57 #include <sys/msgbuf.h>
  58 #include <sys/vmmeter.h>
  59 #include <sys/mman.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61
  62 #include <vm/vm.h>
  63 #include <vm/vm_param.h>
  64 #include <sys/sysctl.h>
  65 #include <sys/lock.h>
  66 #include <vm/vm_kern.h>
  67 #include <vm/vm_page.h>
  68 #include <vm/vm_map.h>
  69 #include <vm/vm_object.h>
  70 #include <vm/vm_extern.h>
  71 #include <vm/vm_pageout.h>
  72 #include <vm/vm_pager.h>
  73 #include <vm/vm_zone.h>
  74
  75 #include <sys/user.h>
  76 #include <sys/thread2.h>
  77 #include <sys/sysref2.h>
  78 #include <sys/spinlock2.h>
  79 #include <vm/vm_page2.h>
  80
  81 #include <machine/cputypes.h>
  82 #include <machine/md_var.h>
  83 #include <machine/specialreg.h>
  84 #include <machine/smp.h>
  85 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
  86 #include <machine/globaldata.h>
  87 #include <machine/pmap.h>
  88 #include <machine/pmap_inval.h>
  89 #include <machine/inttypes.h>
  90
  91 #include <ddb/ddb.h>
  92
  93 #define PMAP_KEEP_PDIRS
  94 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
  95 #define PMAP_SHPGPERPROC 2000
  96 #endif
  97
  98 #if defined(DIAGNOSTIC)
  99 #define PMAP_DIAGNOSTIC
 100 #endif
 101
 102 #define MINPV 2048
 103
 104 /*
 105  * pmap debugging will report who owns a pv lock when blocking.
 106  */
 107 #ifdef PMAP_DEBUG
 108
 109 #define PMAP_DEBUG_DECL         ,const char *func, int lineno
 110 #define PMAP_DEBUG_ARGS         , __func__, __LINE__
 111 #define PMAP_DEBUG_COPY         , func, lineno
 112
 113 #define pv_get(pmap, pindex)            _pv_get(pmap, pindex            \
 114                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
 115 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv                     \
 116                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
 117 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv                 \
 118                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
 119 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp  \
 120                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
 121
 122 #else
 123
 124 #define PMAP_DEBUG_DECL
 125 #define PMAP_DEBUG_ARGS
 126 #define PMAP_DEBUG_COPY
 127
 128 #define pv_get(pmap, pindex)            _pv_get(pmap, pindex)
 129 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv)
 130 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv)
 131 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)
 132
 133 #endif
 134
 135 /*
 136  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
 137  */
 138 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
 139
 140 #define pmap_pde_v(pmap, pte)           ((*(pd_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0)
 141 #define pmap_pte_w(pmap, pte)           ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]) != 0)
 142 #define pmap_pte_m(pmap, pte)           ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]) != 0)
 143 #define pmap_pte_u(pmap, pte)           ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_U_IDX]) != 0)
 144 #define pmap_pte_v(pmap, pte)           ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0)
 145
 146 /*
 147  * Given a map and a machine independent protection code,
 148  * convert to a vax protection code.
 149  */
 150 #define pte_prot(m, p)          \
 151         (m->protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
 152 static int protection_codes[PROTECTION_CODES_SIZE];
 153
 154 struct pmap kernel_pmap;
 155 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
 156
 157 MALLOC_DEFINE(M_OBJPMAP, "objpmap", "pmaps associated with VM objects");
 158
 159 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
 160 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
 161 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
 162 vm_offset_t virtual2_end;
 163 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
 164 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
 165 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
 166 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
 167 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
 168 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
 169 //static int pgeflag;           /* PG_G or-in */
 170 //static int pseflag;           /* PG_PS or-in */
 171 uint64_t PatMsr;
 172
 173 static int ndmpdp;
 174 static vm_paddr_t dmaplimit;
 175 static int nkpt;
 176 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 177
 178 static pt_entry_t pat_pte_index[PAT_INDEX_SIZE];        /* PAT -> PG_ bits */
 179 /*static pt_entry_t pat_pde_index[PAT_INDEX_SIZE];*/    /* PAT -> PG_ bits */
 180
 181 static uint64_t KPTbase;
 182 static uint64_t KPTphys;
 183 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
 184 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
 185 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
 186 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
 187
 188 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
 189 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
 190
 191 /*
 192  * Data for the pv entry allocation mechanism
 193  */
 194 static vm_zone_t pvzone;
 195 static struct vm_zone pvzone_store;
 196 static struct vm_object pvzone_obj;
 197 static int pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
 198 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
 199 static struct pv_entry *pvinit;
 200
 201 /*
 202  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
 203  */
 204 pt_entry_t *CMAP1 = NULL, *ptmmap;
 205 caddr_t CADDR1 = NULL, ptvmmap = NULL;
 206 static pt_entry_t *msgbufmap;
 207 struct msgbuf *msgbufp=NULL;
 208
 209 /*
 210  * PMAP default PG_* bits. Needed to be able to add
 211  * EPT/NPT pagetable pmap_bits for the VMM module
 212  */
 213 uint64_t pmap_bits_default[] = {
 214                 REGULAR_PMAP,                                   /* TYPE_IDX             0 */
 215                 X86_PG_V,                                       /* PG_V_IDX             1 */
 216                 X86_PG_RW,                                      /* PG_RW_IDX            2 */
 217                 X86_PG_U,                                       /* PG_U_IDX             3 */
 218                 X86_PG_A,                                       /* PG_A_IDX             4 */
 219                 X86_PG_M,                                       /* PG_M_IDX             5 */
 220                 X86_PG_PS,                                      /* PG_PS_IDX3           6 */
 221                 X86_PG_G,                                       /* PG_G_IDX             7 */
 222                 X86_PG_AVAIL1,                                  /* PG_AVAIL1_IDX        8 */
 223                 X86_PG_AVAIL2,                                  /* PG_AVAIL2_IDX        9 */
 224                 X86_PG_AVAIL3,                                  /* PG_AVAIL3_IDX        10 */
 225                 X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD,                  /* PG_N_IDX     11 */
 226 };
 227 /*
 228  * Crashdump maps.
 229  */
 230 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
 231 static caddr_t crashdumpmap;
 232
 233 #ifdef PMAP_DEBUG2
 234 static int pmap_enter_debug = 0;
 235 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_enter_debug, CTLFLAG_RW,
 236     &pmap_enter_debug, 0, "Debug pmap_enter's");
 237 #endif
 238 static int pmap_yield_count = 64;
 239 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_yield_count, CTLFLAG_RW,
 240     &pmap_yield_count, 0, "Yield during init_pt/release");
 241 static int pmap_mmu_optimize = 0;
 242 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_mmu_optimize, CTLFLAG_RW,
 243     &pmap_mmu_optimize, 0, "Share page table pages when possible");
 244 int pmap_fast_kernel_cpusync = 0;
 245 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_fast_kernel_cpusync, CTLFLAG_RW,
 246     &pmap_fast_kernel_cpusync, 0, "Share page table pages when possible");
 247
 248 #define DISABLE_PSE
 249
 250 /* Standard user access funtions */
 251 extern int std_copyinstr (const void *udaddr, void *kaddr, size_t len,
 252     size_t *lencopied);
 253 extern int std_copyin (const void *udaddr, void *kaddr, size_t len);
 254 extern int std_copyout (const void *kaddr, void *udaddr, size_t len);
 255 extern int std_fubyte (const void *base);
 256 extern int std_subyte (void *base, int byte);
 257 extern long std_fuword (const void *base);
 258 extern int std_suword (void *base, long word);
 259 extern int std_suword32 (void *base, int word);
 260
 261 static void pv_hold(pv_entry_t pv);
 262 static int _pv_hold_try(pv_entry_t pv
 263                                 PMAP_DEBUG_DECL);
 264 static void pv_drop(pv_entry_t pv);
 265 static void _pv_lock(pv_entry_t pv
 266                                 PMAP_DEBUG_DECL);
 267 static void pv_unlock(pv_entry_t pv);
 268 static pv_entry_t _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew
 269                                 PMAP_DEBUG_DECL);
 270 static pv_entry_t _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex
 271                                 PMAP_DEBUG_DECL);
 272 static pv_entry_t pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *errorp);
 273 static pv_entry_t pv_find(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex);
 274 static void pv_put(pv_entry_t pv);
 275 static void pv_free(pv_entry_t pv);
 276 static void *pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex);
 277 static pv_entry_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
 278                       pv_entry_t *pvpp);
 279 static pv_entry_t pmap_allocpte_seg(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
 280                       pv_entry_t *pvpp, vm_map_entry_t entry, vm_offset_t va);
 281 static void pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, int smp);
 282 static vm_page_t pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv);
 283 static int pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, int issmp);
 284
 285 struct pmap_scan_info;
 286 static void pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
 287                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
 288                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
 289 static void pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
 290                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
 291                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
 292
 293 static void i386_protection_init (void);
 294 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
 295 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
 296 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
 297
 298 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 299 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
 300
 301 static void pmap_pinit_defaults(struct pmap *pmap);
 302
 303 static unsigned pdir4mb;
 304
 305 static int
 306 pv_entry_compare(pv_entry_t pv1, pv_entry_t pv2)
 307 {
 308         if (pv1->pv_pindex < pv2->pv_pindex)
 309                 return(-1);
 310         if (pv1->pv_pindex > pv2->pv_pindex)
 311                 return(1);
 312         return(0);
 313 }
 314
 315 RB_GENERATE2(pv_entry_rb_tree, pv_entry, pv_entry,
 316              pv_entry_compare, vm_pindex_t, pv_pindex);
 317
 318 static __inline
 319 void
 320 pmap_page_stats_adding(vm_page_t m)
 321 {
 322         globaldata_t gd = mycpu;
 323
 324         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
 325                 ++gd->gd_vmtotal.t_arm;
 326         } else if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) ==
 327                    TAILQ_LAST(&m->md.pv_list, md_page_pv_list)) {
 328                 ++gd->gd_vmtotal.t_armshr;
 329                 ++gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
 330         } else {
 331                 ++gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
 332         }
 333 }
 334
 335 static __inline
 336 void
 337 pmap_page_stats_deleting(vm_page_t m)
 338 {
 339         globaldata_t gd = mycpu;
 340
 341         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
 342                 --gd->gd_vmtotal.t_arm;
 343         } else if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) ==
 344                    TAILQ_LAST(&m->md.pv_list, md_page_pv_list)) {
 345                 --gd->gd_vmtotal.t_armshr;
 346                 --gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
 347         } else {
 348                 --gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
 349         }
 350 }
 351
 352 /*
 353  * Move the kernel virtual free pointer to the next
 354  * 2MB.  This is used to help improve performance
 355  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
 356  * (.text, .data, .bss)
 357  */
 358 static
 359 vm_offset_t
 360 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
 361 {
 362         vm_offset_t newaddr = addr;
 363
 364         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
 365         return newaddr;
 366 }
 367
 368 /*
 369  * pmap_pte_quick:
 370  *
 371  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
 372  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
 373  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
 374  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
 375  */
 376 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 377
 378 static
 379 pt_entry_t *
 380 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 381 {
 382         return pmap_pte(pmap, va);
 383 }
 384
 385 /*
 386  * Returns the pindex of a page table entry (representing a terminal page).
 387  * There are NUPTE_TOTAL page table entries possible (a huge number)
 388  *
 389  * x86-64 has a 48-bit address space, where bit 47 is sign-extended out.
 390  * We want to properly translate negative KVAs.
 391  */
 392 static __inline
 393 vm_pindex_t
 394 pmap_pte_pindex(vm_offset_t va)
 395 {
 396         return ((va >> PAGE_SHIFT) & (NUPTE_TOTAL - 1));
 397 }
 398
 399 /*
 400  * Returns the pindex of a page table.
 401  */
 402 static __inline
 403 vm_pindex_t
 404 pmap_pt_pindex(vm_offset_t va)
 405 {
 406         return (NUPTE_TOTAL + ((va >> PDRSHIFT) & (NUPT_TOTAL - 1)));
 407 }
 408
 409 /*
 410  * Returns the pindex of a page directory.
 411  */
 412 static __inline
 413 vm_pindex_t
 414 pmap_pd_pindex(vm_offset_t va)
 415 {
 416         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
 417                 ((va >> PDPSHIFT) & (NUPD_TOTAL - 1)));
 418 }
 419
 420 static __inline
 421 vm_pindex_t
 422 pmap_pdp_pindex(vm_offset_t va)
 423 {
 424         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
 425                 ((va >> PML4SHIFT) & (NUPDP_TOTAL - 1)));
 426 }
 427
 428 static __inline
 429 vm_pindex_t
 430 pmap_pml4_pindex(void)
 431 {
 432         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL + NUPDP_TOTAL);
 433 }
 434
 435 /*
 436  * Return various clipped indexes for a given VA
 437  *
 438  * Returns the index of a pte in a page table, representing a terminal
 439  * page.
 440  */
 441 static __inline
 442 vm_pindex_t
 443 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
 444 {
 445         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
 446 }
 447
 448 /*
 449  * Returns the index of a pt in a page directory, representing a page
 450  * table.
 451  */
 452 static __inline
 453 vm_pindex_t
 454 pmap_pt_index(vm_offset_t va)
 455 {
 456         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
 457 }
 458
 459 /*
 460  * Returns the index of a pd in a page directory page, representing a page
 461  * directory.
 462  */
 463 static __inline
 464 vm_pindex_t
 465 pmap_pd_index(vm_offset_t va)
 466 {
 467         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
 468 }
 469
 470 /*
 471  * Returns the index of a pdp in the pml4 table, representing a page
 472  * directory page.
 473  */
 474 static __inline
 475 vm_pindex_t
 476 pmap_pdp_index(vm_offset_t va)
 477 {
 478         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
 479 }
 480
 481 /*
 482  * Generic procedure to index a pte from a pt, pd, or pdp.
 483  *
 484  * NOTE: Normally passed pindex as pmap_xx_index().  pmap_xx_pindex() is NOT
 485  *       a page table page index but is instead of PV lookup index.
 486  */
 487 static
 488 void *
 489 pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
 490 {
 491         pt_entry_t *pte;
 492
 493         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
 494         return(&pte[pindex]);
 495 }
 496
 497 /*
 498  * Return pointer to PDP slot in the PML4
 499  */
 500 static __inline
 501 pml4_entry_t *
 502 pmap_pdp(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 503 {
 504         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pdp_index(va)]);
 505 }
 506
 507 /*
 508  * Return pointer to PD slot in the PDP given a pointer to the PDP
 509  */
 510 static __inline
 511 pdp_entry_t *
 512 pmap_pdp_to_pd(pml4_entry_t pdp_pte, vm_offset_t va)
 513 {
 514         pdp_entry_t *pd;
 515
 516         pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdp_pte & PG_FRAME);
 517         return (&pd[pmap_pd_index(va)]);
 518 }
 519
 520 /*
 521  * Return pointer to PD slot in the PDP.
 522  */
 523 static __inline
 524 pdp_entry_t *
 525 pmap_pd(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 526 {
 527         pml4_entry_t *pdp;
 528
 529         pdp = pmap_pdp(pmap, va);
 530         if ((*pdp & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
 531                 return NULL;
 532         return (pmap_pdp_to_pd(*pdp, va));
 533 }
 534
 535 /*
 536  * Return pointer to PT slot in the PD given a pointer to the PD
 537  */
 538 static __inline
 539 pd_entry_t *
 540 pmap_pd_to_pt(pdp_entry_t pd_pte, vm_offset_t va)
 541 {
 542         pd_entry_t *pt;
 543
 544         pt = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pd_pte & PG_FRAME);
 545         return (&pt[pmap_pt_index(va)]);
 546 }
 547
 548 /*
 549  * Return pointer to PT slot in the PD
 550  *
 551  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps (embedded in objects) do not have PDPs,
 552  *                   so we cannot lookup the PD via the PDP.  Instead we
 553  *                   must look it up via the pmap.
 554  */
 555 static __inline
 556 pd_entry_t *
 557 pmap_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 558 {
 559         pdp_entry_t *pd;
 560         pv_entry_t pv;
 561         vm_pindex_t pd_pindex;
 562
 563         if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
 564                 pd_pindex = pmap_pd_pindex(va);
 565                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
 566                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pd_pindex);
 567                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
 568                 if (pv == NULL || pv->pv_m == NULL)
 569                         return NULL;
 570                 return (pmap_pd_to_pt(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m), va));
 571         } else {
 572                 pd = pmap_pd(pmap, va);
 573                 if (pd == NULL || (*pd & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
 574                          return NULL;
 575                 return (pmap_pd_to_pt(*pd, va));
 576         }
 577 }
 578
 579 /*
 580  * Return pointer to PTE slot in the PT given a pointer to the PT
 581  */
 582 static __inline
 583 pt_entry_t *
 584 pmap_pt_to_pte(pd_entry_t pt_pte, vm_offset_t va)
 585 {
 586         pt_entry_t *pte;
 587
 588         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pt_pte & PG_FRAME);
 589         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
 590 }
 591
 592 /*
 593  * Return pointer to PTE slot in the PT
 594  */
 595 static __inline
 596 pt_entry_t *
 597 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 598 {
 599         pd_entry_t *pt;
 600
 601         pt = pmap_pt(pmap, va);
 602         if (pt == NULL || (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
 603                  return NULL;
 604         if ((*pt & pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) != 0)
 605                 return ((pt_entry_t *)pt);
 606         return (pmap_pt_to_pte(*pt, va));
 607 }
 608
 609 /*
 610  * Of all the layers (PTE, PT, PD, PDP, PML4) the best one to cache is
 611  * the PT layer.  This will speed up core pmap operations considerably.
 612  *
 613  * NOTE: The pmap spinlock does not need to be held but the passed-in pv
 614  *       must be in a known associated state (typically by being locked when
 615  *       the pmap spinlock isn't held).  We allow the race for that case.
 616  */
 617 static __inline
 618 void
 619 pv_cache(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
 620 {
 621         if (pindex >= pmap_pt_pindex(0) && pindex <= pmap_pd_pindex(0))
 622                 pv->pv_pmap->pm_pvhint = pv;
 623 }
 624
 625
 626 /*
 627  * Return address of PT slot in PD (KVM only)
 628  *
 629  * Cannot be used for user page tables because it might interfere with
 630  * the shared page-table-page optimization (pmap_mmu_optimize).
 631  */
 632 static __inline
 633 pd_entry_t *
 634 vtopt(vm_offset_t va)
 635 {
 636         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
 637                                   NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 638
 639         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
 640 }
 641
 642 /*
 643  * KVM - return address of PTE slot in PT
 644  */
 645 static __inline
 646 pt_entry_t *
 647 vtopte(vm_offset_t va)
 648 {
 649         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
 650                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 651
 652         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
 653 }
 654
 655 static uint64_t
 656 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
 657 {
 658         uint64_t ret;
 659
 660         ret = *firstaddr;
 661         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
 662         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
 663         return (ret);
 664 }
 665
 666 static
 667 void
 668 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
 669 {
 670         long i;         /* must be 64 bits */
 671         long nkpt_base;
 672         long nkpt_phys;
 673         int j;
 674
 675         /*
 676          * We are running (mostly) V=P at this point
 677          *
 678          * Calculate NKPT - number of kernel page tables.  We have to
 679          * accomodoate prealloction of the vm_page_array, dump bitmap,
 680          * MSGBUF_SIZE, and other stuff.  Be generous.
 681          *
 682          * Maxmem is in pages.
 683          *
 684          * ndmpdp is the number of 1GB pages we wish to map.
 685          */
 686         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
 687         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
 688                 ndmpdp = 4;
 689         KKASSERT(ndmpdp <= NKPDPE * NPDEPG);
 690
 691         /*
 692          * Starting at the beginning of kvm (not KERNBASE).
 693          */
 694         nkpt_phys = (Maxmem * sizeof(struct vm_page) + NBPDR - 1) / NBPDR;
 695         nkpt_phys += (Maxmem * sizeof(struct pv_entry) + NBPDR - 1) / NBPDR;
 696         nkpt_phys += ((nkpt + nkpt + 1 + NKPML4E + NKPDPE + NDMPML4E +
 697                        ndmpdp) + 511) / 512;
 698         nkpt_phys += 128;
 699
 700         /*
 701          * Starting at KERNBASE - map 2G worth of page table pages.
 702          * KERNBASE is offset -2G from the end of kvm.
 703          */
 704         nkpt_base = (NPDPEPG - KPDPI) * NPTEPG; /* typically 2 x 512 */
 705
 706         /*
 707          * Allocate pages
 708          */
 709         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt_base);
 710         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt_phys);
 711         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
 712         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
 713         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
 714
 715         /*
 716          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
 717          * that is where we start populating the page table pages.
 718          * Basically this is the end - 2.
 719          */
 720         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
 721
 722         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
 723         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
 724                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
 725         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
 726
 727         /*
 728          * Fill in the underlying page table pages for the area around
 729          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
 730          *
 731          * Read-only from zero to physfree
 732          * XXX not fully used, underneath 2M pages
 733          */
 734         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
 735                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
 736                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |=
 737                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 738                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 739                     pmap_bits_default[PG_G_IDX];
 740         }
 741
 742         /*
 743          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
 744          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
 745          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
 746          * data, bss, and initial pre-allocations.
 747          */
 748         for (i = 0; i < nkpt_base; i++) {
 749                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
 750                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |=
 751                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 752                     pmap_bits_default[PG_V_IDX];
 753         }
 754         for (i = 0; i < nkpt_phys; i++) {
 755                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
 756                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |=
 757                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 758                     pmap_bits_default[PG_V_IDX];
 759         }
 760
 761         /*
 762          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
 763          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
 764          * above in the KERNBASE area.
 765          */
 766         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
 767                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
 768                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |=
 769                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 770                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 771                     pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
 772                     pmap_bits_default[PG_G_IDX];
 773         }
 774
 775         /*
 776          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
 777          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
 778          */
 779         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
 780                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
 781                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
 782                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
 783                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 784                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 785                     pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 786         }
 787
 788         /*
 789          * Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages
 790          * Preset PG_M and PG_A because demotion expects it.
 791          *
 792          * When filling in entries in the PD pages make sure any excess
 793          * entries are set to zero as we allocated enough PD pages
 794          */
 795         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
 796                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
 797                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
 798                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |=
 799                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 800                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 801                             pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
 802                             pmap_bits_default[PG_G_IDX] |
 803                             pmap_bits_default[PG_M_IDX] |
 804                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
 805                 }
 806
 807                 /*
 808                  * And the direct map space's PDP
 809                  */
 810                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 811                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
 812                                                         (i << PAGE_SHIFT);
 813                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |=
 814                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 815                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 816                             pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 817                 }
 818         } else {
 819                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 820                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
 821                                                 (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
 822                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |=
 823                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 824                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 825                             pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
 826                             pmap_bits_default[PG_G_IDX] |
 827                             pmap_bits_default[PG_M_IDX] |
 828                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
 829                 }
 830         }
 831
 832         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
 833         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
 834         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |=
 835             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 836             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 837             pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 838
 839         /*
 840          * Connect the Direct Map slots up to the PML4
 841          */
 842         for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
 843                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + j] =
 844                     (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PML4SHIFT)) |
 845                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 846                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 847                     pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 848         }
 849
 850         /*
 851          * Connect the KVA slot up to the PML4
 852          */
 853         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
 854         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |=
 855             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 856             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 857             pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 858 }
 859
 860 /*
 861  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
 862  *
 863  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
 864  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
 865  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
 866  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
 867  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
 868  *      (physical) address starting relative to 0]
 869  */
 870 void
 871 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
 872 {
 873         vm_offset_t va;
 874         pt_entry_t *pte;
 875
 876         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 877         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 878         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
 879
 880         avail_start = *firstaddr;
 881
 882         /*
 883          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
 884          */
 885         create_pagetables(firstaddr);
 886
 887         virtual2_start = KvaStart;
 888         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
 889
 890         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
 891         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
 892
 893         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 894
 895         /* XXX do %cr0 as well */
 896         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
 897         load_cr3(KPML4phys);
 898
 899         /*
 900          * Initialize protection array.
 901          */
 902         i386_protection_init();
 903
 904         /*
 905          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
 906          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
 907          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
 908          */
 909         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
 910         kernel_pmap.pm_count = 1;
 911         CPUMASK_ASSALLONES(kernel_pmap.pm_active);
 912         RB_INIT(&kernel_pmap.pm_pvroot);
 913         spin_init(&kernel_pmap.pm_spin, "pmapbootstrap");
 914         lwkt_token_init(&kernel_pmap.pm_token, "kpmap_tok");
 915
 916         /*
 917          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
 918          * mapping of pages.
 919          */
 920 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
 921         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
 922
 923         va = virtual_start;
 924         pte = vtopte(va);
 925
 926         /*
 927          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
 928          */
 929         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
 930
 931         /*
 932          * Crashdump maps.
 933          */
 934         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
 935
 936         /*
 937          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
 938          * /dev/mem.
 939          */
 940         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
 941
 942         /*
 943          * msgbufp is used to map the system message buffer.
 944          * XXX msgbufmap is not used.
 945          */
 946         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
 947                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
 948
 949         virtual_start = va;
 950         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
 951
 952         *CMAP1 = 0;
 953
 954         /*
 955          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
 956          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
 957          * works under UP because self-referential page table mappings
 958          */
 959 //      pgeflag = 0;
 960
 961 /*
 962  * Initialize the 4MB page size flag
 963  */
 964 //      pseflag = 0;
 965 /*
 966  * The 4MB page version of the initial
 967  * kernel page mapping.
 968  */
 969         pdir4mb = 0;
 970
 971 #if !defined(DISABLE_PSE)
 972         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
 973                 pt_entry_t ptditmp;
 974                 /*
 975                  * Note that we have enabled PSE mode
 976                  */
 977 //              pseflag = kernel_pmap.pmap_bits[PG_PS_IDX];
 978                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
 979                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
 980                 ptditmp |= pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 981                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 982                     pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
 983                     pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 984 //                  pgeflag;
 985                 pdir4mb = ptditmp;
 986         }
 987 #endif
 988         cpu_invltlb();
 989
 990         /* Initialize the PAT MSR */
 991         pmap_init_pat();
 992         pmap_pinit_defaults(&kernel_pmap);
 993
 994         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.pmap_fast_kernel_cpusync",
 995                           &pmap_fast_kernel_cpusync);
 996
 997 }
 998
 999 /*
1000  * Setup the PAT MSR.
1001  */
1002 void
1003 pmap_init_pat(void)
1004 {
1005         uint64_t pat_msr;
1006         u_long cr0, cr4;
1007
1008         /*
1009          * Default values mapping PATi,PCD,PWT bits at system reset.
1010          * The default values effectively ignore the PATi bit by
1011          * repeating the encodings for 0-3 in 4-7, and map the PCD
1012          * and PWT bit combinations to the expected PAT types.
1013          */
1014         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |        /* 000 */
1015                   PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 001 */
1016                   PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |          /* 010 */
1017                   PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |       /* 011 */
1018                   PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |        /* 100 */
1019                   PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 101 */
1020                   PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |          /* 110 */
1021                   PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);        /* 111 */
1022         pat_pte_index[PAT_WRITE_BACK]   = 0;
1023         pat_pte_index[PAT_WRITE_THROUGH]= 0         | X86_PG_NC_PWT;
1024         pat_pte_index[PAT_UNCACHED]     = X86_PG_NC_PCD;
1025         pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE]  = X86_PG_NC_PCD | X86_PG_NC_PWT;
1026         pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
1027         pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
1028
1029         if (cpu_feature & CPUID_PAT) {
1030                 /*
1031                  * If we support the PAT then set-up entries for
1032                  * WRITE_PROTECTED and WRITE_COMBINING using bit patterns
1033                  * 4 and 5.
1034                  */
1035                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(4)) |
1036                           PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_PROTECTED);
1037                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(5)) |
1038                           PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_COMBINING);
1039                 pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = X86_PG_PTE_PAT | 0;
1040                 pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_NC_PWT;
1041
1042                 /*
1043                  * Then enable the PAT
1044                  */
1045
1046                 /* Disable PGE. */
1047                 cr4 = rcr4();
1048                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1049
1050                 /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1051                 cr0 = rcr0();
1052                 load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1053
1054                 /* Flushes caches and TLBs. */
1055                 wbinvd();
1056                 cpu_invltlb();
1057
1058                 /* Update PAT and index table. */
1059                 wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1060
1061                 /* Flush caches and TLBs again. */
1062                 wbinvd();
1063                 cpu_invltlb();
1064
1065                 /* Restore caches and PGE. */
1066                 load_cr0(cr0);
1067                 load_cr4(cr4);
1068                 PatMsr = pat_msr;
1069         }
1070 }
1071
1072 /*
1073  * Set 4mb pdir for mp startup
1074  */
1075 void
1076 pmap_set_opt(void)
1077 {
1078         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
1079                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
1080                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
1081                         cpu_invltlb();
1082                 }
1083         }
1084 }
1085
1086 /*
1087  *      Initialize the pmap module.
1088  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1089  *      system needs to map virtual memory.
1090  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
1091  *      way, discontiguous physical memory.
1092  */
1093 void
1094 pmap_init(void)
1095 {
1096         int i;
1097         int initial_pvs;
1098
1099         /*
1100          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
1101          * pv_head_table.
1102          */
1103
1104         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1105                 vm_page_t m;
1106
1107                 m = &vm_page_array[i];
1108                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1109         }
1110
1111         /*
1112          * init the pv free list
1113          */
1114         initial_pvs = vm_page_array_size;
1115         if (initial_pvs < MINPV)
1116                 initial_pvs = MINPV;
1117         pvzone = &pvzone_store;
1118         pvinit = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
1119                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
1120         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
1121                   pvinit, initial_pvs);
1122
1123         /*
1124          * Now it is safe to enable pv_table recording.
1125          */
1126         pmap_initialized = TRUE;
1127 }
1128
1129 /*
1130  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
1131  * high water mark so that the system can recover from excessive
1132  * numbers of pv entries.
1133  */
1134 void
1135 pmap_init2(void)
1136 {
1137         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
1138         int entry_max;
1139
1140         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1141         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
1142         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1143         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1144
1145         /*
1146          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
1147          */
1148         entry_max = pv_entry_max - vm_page_array_size;
1149         if (entry_max <= 0)
1150                 entry_max = 1;
1151
1152         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
1153 }
1154
1155 /*
1156  * Typically used to initialize a fictitious page by vm/device_pager.c
1157  */
1158 void
1159 pmap_page_init(struct vm_page *m)
1160 {
1161         vm_page_init(m);
1162         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1163 }
1164
1165 /***************************************************
1166  * Low level helper routines.....
1167  ***************************************************/
1168
1169 /*
1170  * this routine defines the region(s) of memory that should
1171  * not be tested for the modified bit.
1172  */
1173 static __inline
1174 int
1175 pmap_track_modified(vm_pindex_t pindex)
1176 {
1177         vm_offset_t va = (vm_offset_t)pindex << PAGE_SHIFT;
1178         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva))
1179                 return 1;
1180         else
1181                 return 0;
1182 }
1183
1184 /*
1185  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
1186  * The page must be wired for this to work reliably.
1187  *
1188  * XXX for the moment we're using pv_find() instead of pv_get(), as
1189  *     callers might be expecting non-blocking operation.
1190  */
1191 vm_paddr_t
1192 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1193 {
1194         vm_paddr_t rtval;
1195         pv_entry_t pt_pv;
1196         pt_entry_t *ptep;
1197
1198         rtval = 0;
1199         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
1200                 /*
1201                  * Kernel page directories might be direct-mapped and
1202                  * there is typically no PV tracking of pte's
1203                  */
1204                 pd_entry_t *pt;
1205
1206                 pt = pmap_pt(pmap, va);
1207                 if (pt && (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) {
1208                         if (*pt & pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) {
1209                                 rtval = *pt & PG_PS_FRAME;
1210                                 rtval |= va & PDRMASK;
1211                         } else {
1212                                 ptep = pmap_pt_to_pte(*pt, va);
1213                                 if (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1214                                         rtval = *ptep & PG_FRAME;
1215                                         rtval |= va & PAGE_MASK;
1216                                 }
1217                         }
1218                 }
1219         } else {
1220                 /*
1221                  * User pages currently do not direct-map the page directory
1222                  * and some pages might not used managed PVs.  But all PT's
1223                  * will have a PV.
1224                  */
1225                 pt_pv = pv_find(pmap, pmap_pt_pindex(va));
1226                 if (pt_pv) {
1227                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1228                         if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1229                                 rtval = *ptep & PG_FRAME;
1230                                 rtval |= va & PAGE_MASK;
1231                         }
1232                         pv_drop(pt_pv);
1233                 }
1234         }
1235         return rtval;
1236 }
1237
1238 /*
1239  * Similar to extract but checks protections, SMP-friendly short-cut for
1240  * vm_fault_page[_quick]().  Can return NULL to cause the caller to
1241  * fall-through to the real fault code.
1242  *
1243  * The returned page, if not NULL, is held (and not busied).
1244  */
1245 vm_page_t
1246 pmap_fault_page_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1247 {
1248         if (pmap && va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
1249                 pv_entry_t pt_pv;
1250                 pv_entry_t pte_pv;
1251                 pt_entry_t *ptep;
1252                 pt_entry_t req;
1253                 vm_page_t m;
1254                 int error;
1255
1256                 req = pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1257                       pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
1258                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
1259                         req |= pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX];
1260
1261                 pt_pv = pv_find(pmap, pmap_pt_pindex(va));
1262                 if (pt_pv == NULL)
1263                         return (NULL);
1264                 ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1265                 if ((*ptep & req) != req) {
1266                         pv_drop(pt_pv);
1267                         return (NULL);
1268                 }
1269                 pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(va), &error);
1270                 if (pte_pv && error == 0) {
1271                         m = pte_pv->pv_m;
1272                         vm_page_hold(m);
1273                         if (prot & VM_PROT_WRITE)
1274                                 vm_page_dirty(m);
1275                         pv_put(pte_pv);
1276                 } else if (pte_pv) {
1277                         pv_drop(pte_pv);
1278                         m = NULL;
1279                 } else {
1280                         m = NULL;
1281                 }
1282                 pv_drop(pt_pv);
1283                 return(m);
1284         } else {
1285                 return(NULL);
1286         }
1287 }
1288
1289 /*
1290  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
1291  */
1292 vm_paddr_t
1293 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1294 {
1295         pd_entry_t pt;          /* pt entry in pd */
1296         vm_paddr_t pa;
1297
1298         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1299                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1300         } else {
1301                 pt = *vtopt(va);
1302                 if (pt & kernel_pmap.pmap_bits[PG_PS_IDX]) {
1303                         pa = (pt & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1304                 } else {
1305                         /*
1306                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1307                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1308                          * be used to access the PTE because it would use the
1309                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1310                          * because the page table page is preserved by the
1311                          * promotion.
1312                          */
1313                         pa = *pmap_pt_to_pte(pt, va);
1314                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1315                 }
1316         }
1317         return pa;
1318 }
1319
1320 /***************************************************
1321  * Low level mapping routines.....
1322  ***************************************************/
1323
1324 /*
1325  * Routine: pmap_kenter
1326  * Function:
1327  *      Add a wired page to the KVA
1328  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
1329  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
1330  */
1331 void
1332 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1333 {
1334         pt_entry_t *ptep;
1335         pt_entry_t npte;
1336
1337         npte = pa |
1338             kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1339             kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX];
1340 //          pgeflag;
1341         ptep = vtopte(va);
1342         if (*ptep)
1343                 pmap_inval_smp(&kernel_pmap, va, ptep, npte);
1344         else
1345                 *ptep = npte;
1346 }
1347
1348 /*
1349  * Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the mapping on the
1350  * current CPU.  Returns 0 if the previous pte was 0, 1 if it wasn't
1351  * (caller can conditionalize calling smp_invltlb()).
1352  */
1353 int
1354 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1355 {
1356         pt_entry_t *ptep;
1357         pt_entry_t npte;
1358         int res;
1359
1360         npte = pa |
1361             kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1362             kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX];
1363 //          pgeflag;
1364         ptep = vtopte(va);
1365         res = (*ptep != 0);
1366         *ptep = npte;
1367         cpu_invlpg((void *)va);
1368
1369         return res;
1370 }
1371
1372 /*
1373  * remove a page from the kernel pagetables
1374  */
1375 void
1376 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1377 {
1378         pt_entry_t *ptep;
1379
1380         ptep = vtopte(va);
1381         pmap_inval_smp(&kernel_pmap, va, ptep, 0);
1382 }
1383
1384 void
1385 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1386 {
1387         pt_entry_t *ptep;
1388
1389         ptep = vtopte(va);
1390         (void)pte_load_clear(ptep);
1391         cpu_invlpg((void *)va);
1392 }
1393
1394 /*
1395  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
1396  */
1397 void
1398 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1399 {
1400         atomic_set_long(vtopte(va), kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX]);
1401         cpu_invlpg((void *)va);
1402 }
1403
1404 /* NOT USED
1405 void
1406 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1407 {
1408         atomic_set_long(vtopte(va), PG_N);
1409         cpu_invlpg((void *)va);
1410 }
1411 */
1412
1413 /*
1414  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
1415  * address space during the low level boot, typically to map the
1416  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
1417  *
1418  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
1419  * kernel text+data.
1420  *
1421  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
1422  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
1423  * have access to the related pointers.
1424  */
1425 vm_offset_t
1426 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1427 {
1428         vm_offset_t va;
1429         vm_offset_t va_start;
1430
1431         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
1432
1433         va_start = *virtp;
1434         va = va_start;
1435
1436         while (start < end) {
1437                 pmap_kenter_quick(va, start);
1438                 va += PAGE_SIZE;
1439                 start += PAGE_SIZE;
1440         }
1441         *virtp = va;
1442         return va_start;
1443 }
1444
1445 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
1446
1447 /*
1448  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1449  *
1450  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1451  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1452  * when moving pages into a different cache domain.
1453  */
1454 void
1455 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1456 {
1457         vm_offset_t daddr, eva;
1458         int i;
1459
1460         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1461             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1462                 wbinvd();
1463         else {
1464                 cpu_mfence();
1465                 for (i = 0; i < count; i++) {
1466                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1467                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1468                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1469                                 clflush(daddr);
1470                 }
1471                 cpu_mfence();
1472         }
1473 }
1474
1475 void
1476 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1477 {
1478         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1479             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1480         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1481             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1482
1483         if (cpu_feature & CPUID_SS) {
1484                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1485         } else {
1486                 /* Globally invalidate caches */
1487                 cpu_wbinvd_on_all_cpus();
1488         }
1489 }
1490 void
1491 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1492 {
1493         smp_invlpg_range(pmap->pm_active, sva, eva);
1494 }
1495
1496 /*
1497  * Add a list of wired pages to the kva
1498  * this routine is only used for temporary
1499  * kernel mappings that do not need to have
1500  * page modification or references recorded.
1501  * Note that old mappings are simply written
1502  * over.  The page *must* be wired.
1503  */
1504 void
1505 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1506 {
1507         vm_offset_t end_va;
1508         int do_smpinvltlb = 0;
1509
1510         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1511
1512         while (va < end_va) {
1513                 pt_entry_t *pte;
1514
1515                 pte = vtopte(va);
1516                 if (*pte)
1517                         do_smpinvltlb = 1;
1518                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) |
1519                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1520                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
1521                     kernel_pmap.pmap_cache_bits[(*m)->pat_mode];
1522 //              pgeflag;
1523                 cpu_invlpg((void *)va);
1524                 va += PAGE_SIZE;
1525                 m++;
1526         }
1527         if (do_smpinvltlb)
1528                 smp_invltlb();
1529 }
1530
1531 /*
1532  * This routine jerks page mappings from the
1533  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1534  *
1535  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1536  */
1537 void
1538 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1539 {
1540         vm_offset_t end_va;
1541
1542         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1543
1544         while (va < end_va) {
1545                 pt_entry_t *pte;
1546
1547                 pte = vtopte(va);
1548                 (void)pte_load_clear(pte);
1549                 cpu_invlpg((void *)va);
1550                 va += PAGE_SIZE;
1551         }
1552         smp_invltlb();
1553 }
1554
1555 /*
1556  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1557  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1558  */
1559 void
1560 pmap_init_thread(thread_t td)
1561 {
1562         /* enforce pcb placement & alignment */
1563         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1564         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
1565         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1566         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
1567 }
1568
1569 /*
1570  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1571  */
1572 void
1573 pmap_init_proc(struct proc *p)
1574 {
1575 }
1576
1577 static void
1578 pmap_pinit_defaults(struct pmap *pmap)
1579 {
1580         bcopy(pmap_bits_default, pmap->pmap_bits,
1581               sizeof(pmap_bits_default));
1582         bcopy(protection_codes, pmap->protection_codes,
1583               sizeof(protection_codes));
1584         bcopy(pat_pte_index, pmap->pmap_cache_bits,
1585               sizeof(pat_pte_index));
1586         pmap->pmap_cache_mask = X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD | X86_PG_PTE_PAT;
1587         pmap->copyinstr = std_copyinstr;
1588         pmap->copyin = std_copyin;
1589         pmap->copyout = std_copyout;
1590         pmap->fubyte = std_fubyte;
1591         pmap->subyte = std_subyte;
1592         pmap->fuword = std_fuword;
1593         pmap->suword = std_suword;
1594         pmap->suword32 = std_suword32;
1595 }
1596 /*
1597  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1598  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1599  *
1600  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1601  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1602  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1603  */
1604 void
1605 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1606 {
1607         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1608         pmap->pm_count = 1;
1609         CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
1610         pmap->pm_pvhint = NULL;
1611         RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
1612         spin_init(&pmap->pm_spin, "pmapinit0");
1613         lwkt_token_init(&pmap->pm_token, "pmap_tok");
1614         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1615         pmap_pinit_defaults(pmap);
1616 }
1617
1618 /*
1619  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1620  * such as one in a vmspace structure.
1621  */
1622 static void
1623 pmap_pinit_simple(struct pmap *pmap)
1624 {
1625         /*
1626          * Misc initialization
1627          */
1628         pmap->pm_count = 1;
1629         CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
1630         pmap->pm_pvhint = NULL;
1631         pmap->pm_flags = PMAP_FLAG_SIMPLE;
1632
1633         pmap_pinit_defaults(pmap);
1634
1635         /*
1636          * Don't blow up locks/tokens on re-use (XXX fix/use drop code
1637          * for this).
1638          */
1639         if (pmap->pm_pmlpv == NULL) {
1640                 RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
1641                 bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1642                 spin_init(&pmap->pm_spin, "pmapinitsimple");
1643                 lwkt_token_init(&pmap->pm_token, "pmap_tok");
1644         }
1645 }
1646
1647 void
1648 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1649 {
1650         pv_entry_t pv;
1651         int j;
1652
1653         if (pmap->pm_pmlpv) {
1654                 if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] != REGULAR_PMAP) {
1655                         pmap_puninit(pmap);
1656                 }
1657         }
1658
1659         pmap_pinit_simple(pmap);
1660         pmap->pm_flags &= ~PMAP_FLAG_SIMPLE;
1661
1662         /*
1663          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1664          * page directory table.
1665          */
1666         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1667                 pmap->pm_pml4 =
1668                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1669         }
1670
1671         /*
1672          * Allocate the page directory page, which wires it even though
1673          * it isn't being entered into some higher level page table (it
1674          * being the highest level).  If one is already cached we don't
1675          * have to do anything.
1676          */
1677         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) == NULL) {
1678                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
1679                 pmap->pm_pmlpv = pv;
1680                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4,
1681                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
1682                 pv_put(pv);
1683
1684                 /*
1685                  * Install DMAP and KMAP.
1686                  */
1687                 for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
1688                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + j] =
1689                             (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PML4SHIFT)) |
1690                             pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1691                             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1692                             pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
1693                 }
1694                 pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys |
1695                     pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1696                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1697                     pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
1698
1699                 /*
1700                  * install self-referential address mapping entry
1701                  */
1702                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
1703                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1704                     pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1705                     pmap->pmap_bits[PG_A_IDX] |
1706                     pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
1707         } else {
1708                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
1709                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
1710         }
1711         KKASSERT(pmap->pm_pml4[255] == 0);
1712         KKASSERT(RB_ROOT(&pmap->pm_pvroot) == pv);
1713         KKASSERT(pv->pv_entry.rbe_left == NULL);
1714         KKASSERT(pv->pv_entry.rbe_right == NULL);
1715 }
1716
1717 /*
1718  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1719  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1720  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1721  * of cleanup work to do here.
1722  */
1723 void
1724 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1725 {
1726         pv_entry_t pv;
1727         vm_page_t p;
1728
1729         KKASSERT(CPUMASK_TESTZERO(pmap->pm_active));
1730         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) != NULL) {
1731                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
1732                         pv_lock(pv);
1733                 KKASSERT(pv == pmap->pm_pmlpv);
1734                 p = pmap_remove_pv_page(pv);
1735                 pv_free(pv);
1736                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1737                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
1738                 KKASSERT(p->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED));
1739                 vm_page_unwire(p, 0);
1740                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1741
1742                 /*
1743                  * XXX eventually clean out PML4 static entries and
1744                  * use vm_page_free_zero()
1745                  */
1746                 vm_page_free(p);
1747                 pmap->pm_pmlpv = NULL;
1748         }
1749         if (pmap->pm_pml4) {
1750                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1751                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1752                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1753         }
1754         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0);
1755         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
1756 }
1757
1758 /*
1759  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1760  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1761  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1762  * then copies the template.
1763  */
1764 void
1765 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1766 {
1767         spin_lock(&pmap_spin);
1768         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1769         spin_unlock(&pmap_spin);
1770 }
1771
1772 /*
1773  * This routine is called when various levels in the page table need to
1774  * be populated.  This routine cannot fail.
1775  *
1776  * This function returns two locked pv_entry's, one representing the
1777  * requested pv and one representing the requested pv's parent pv.  If
1778  * the pv did not previously exist it will be mapped into its parent
1779  * and wired, otherwise no additional wire count will be added.
1780  */
1781 static
1782 pv_entry_t
1783 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp)
1784 {
1785         pt_entry_t *ptep;
1786         pv_entry_t pv;
1787         pv_entry_t pvp;
1788         vm_pindex_t pt_pindex;
1789         vm_page_t m;
1790         int isnew;
1791         int ispt;
1792
1793         /*
1794          * If the pv already exists and we aren't being asked for the
1795          * parent page table page we can just return it.  A locked+held pv
1796          * is returned.  The pv will also have a second hold related to the
1797          * pmap association that we don't have to worry about.
1798          */
1799         ispt = 0;
1800         pv = pv_alloc(pmap, ptepindex, &isnew);
1801         if (isnew == 0 && pvpp == NULL)
1802                 return(pv);
1803
1804         /*
1805          * Special case terminal PVs.  These are not page table pages so
1806          * no vm_page is allocated (the caller supplied the vm_page).  If
1807          * pvpp is non-NULL we are being asked to also removed the pt_pv
1808          * for this pv.
1809          *
1810          * Note that pt_pv's are only returned for user VAs. We assert that
1811          * a pt_pv is not being requested for kernel VAs.
1812          */
1813         if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0)) {
1814                 if (ptepindex >= NUPTE_USER)
1815                         KKASSERT(pvpp == NULL);
1816                 else
1817                         KKASSERT(pvpp != NULL);
1818                 if (pvpp) {
1819                         pt_pindex = NUPTE_TOTAL + (ptepindex >> NPTEPGSHIFT);
1820                         pvp = pmap_allocpte(pmap, pt_pindex, NULL);
1821                         if (isnew)
1822                                 vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
1823                         *pvpp = pvp;
1824                 } else {
1825                         pvp = NULL;
1826                 }
1827                 return(pv);
1828         }
1829
1830         /*
1831          * Non-terminal PVs allocate a VM page to represent the page table,
1832          * so we have to resolve pvp and calculate ptepindex for the pvp
1833          * and then for the page table entry index in the pvp for
1834          * fall-through.
1835          */
1836         if (ptepindex < pmap_pd_pindex(0)) {
1837                 /*
1838                  * pv is PT, pvp is PD
1839                  */
1840                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pt_pindex(0)) >> NPDEPGSHIFT;
1841                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
1842                 pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
1843                 if (!isnew)
1844                         goto notnew;
1845
1846                 /*
1847                  * PT index in PD
1848                  */
1849                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pt_pindex(0);
1850                 ptepindex &= ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1);
1851                 ispt = 1;
1852         } else if (ptepindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
1853                 /*
1854                  * pv is PD, pvp is PDP
1855                  *
1856                  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps do not allocate above
1857                  *                   the PD.
1858                  */
1859                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pd_pindex(0)) >> NPDPEPGSHIFT;
1860                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
1861
1862                 if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
1863                         KKASSERT(pvpp == NULL);
1864                         pvp = NULL;
1865                 } else {
1866                         pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
1867                 }
1868                 if (!isnew)
1869                         goto notnew;
1870
1871                 /*
1872                  * PD index in PDP
1873                  */
1874                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pd_pindex(0);
1875                 ptepindex &= ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1);
1876         } else if (ptepindex < pmap_pml4_pindex()) {
1877                 /*
1878                  * pv is PDP, pvp is the root pml4 table
1879                  */
1880                 pvp = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
1881                 if (!isnew)
1882                         goto notnew;
1883
1884                 /*
1885                  * PDP index in PML4
1886                  */
1887                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pdp_pindex(0);
1888                 ptepindex &= ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1);
1889         } else {
1890                 /*
1891                  * pv represents the top-level PML4, there is no parent.
1892                  */
1893                 pvp = NULL;
1894                 if (!isnew)
1895                         goto notnew;
1896         }
1897
1898         /*
1899          * This code is only reached if isnew is TRUE and this is not a
1900          * terminal PV.  We need to allocate a vm_page for the page table
1901          * at this level and enter it into the parent page table.
1902          *
1903          * page table pages are marked PG_WRITEABLE and PG_MAPPED.
1904          */
1905         for (;;) {
1906                 m = vm_page_alloc(NULL, pv->pv_pindex,
1907                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
1908                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
1909                 if (m)
1910                         break;
1911                 vm_wait(0);
1912         }
1913         vm_page_spin_lock(m);
1914         pmap_page_stats_adding(m);
1915         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1916         pv->pv_m = m;
1917         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1918         vm_page_spin_unlock(m);
1919         vm_page_unmanage(m);    /* m must be spinunlocked */
1920
1921         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1922                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1923         }
1924 #ifdef PMAP_DEBUG
1925         else {
1926                 pmap_page_assertzero(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1927         }
1928 #endif
1929         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1930         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1931         vm_page_wire(m);        /* wire for mapping in parent */
1932
1933         /*
1934          * Wire the page into pvp, bump the wire-count for pvp's page table
1935          * page.  Bump the resident_count for the pmap.  There is no pvp
1936          * for the top level, address the pm_pml4[] array directly.
1937          *
1938          * If the caller wants the parent we return it, otherwise
1939          * we just put it away.
1940          *
1941          * No interlock is needed for pte 0 -> non-zero.
1942          *
1943          * In the situation where *ptep is valid we might have an unmanaged
1944          * page table page shared from another page table which we need to
1945          * unshare before installing our private page table page.
1946          */
1947         if (pvp) {
1948                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
1949                 if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1950                         pt_entry_t pte;
1951
1952                         if (ispt == 0) {
1953                                 panic("pmap_allocpte: unexpected pte %p/%d",
1954                                       pvp, (int)ptepindex);
1955                         }
1956                         pte = pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, ptep, 0);
1957                         if (vm_page_unwire_quick(
1958                                         PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME))) {
1959                                 panic("pmap_allocpte: shared pgtable "
1960                                       "pg bad wirecount");
1961                         }
1962                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
1963                 } else {
1964                         vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
1965                 }
1966                 *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
1967                     (pmap->pmap_bits[PG_U_IDX] |
1968                     pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1969                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1970                     pmap->pmap_bits[PG_A_IDX] |
1971                     pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]);
1972         }
1973         vm_page_wakeup(m);
1974 notnew:
1975         if (pvpp)
1976                 *pvpp = pvp;
1977         else if (pvp)
1978                 pv_put(pvp);
1979         return (pv);
1980 }
1981
1982 /*
1983  * This version of pmap_allocpte() checks for possible segment optimizations
1984  * that would allow page-table sharing.  It can be called for terminal
1985  * page or page table page ptepindex's.
1986  *
1987  * The function is called with page table page ptepindex's for fictitious
1988  * and unmanaged terminal pages.  That is, we don't want to allocate a
1989  * terminal pv, we just want the pt_pv.  pvpp is usually passed as NULL
1990  * for this case.
1991  *
1992  * This function can return a pv and *pvpp associated with the passed in pmap
1993  * OR a pv and *pvpp associated with the shared pmap.  In the latter case
1994  * an unmanaged page table page will be entered into the pass in pmap.
1995  */
1996 static
1997 pv_entry_t
1998 pmap_allocpte_seg(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp,
1999                   vm_map_entry_t entry, vm_offset_t va)
2000 {
2001         vm_object_t object;
2002         pmap_t obpmap;
2003         pmap_t *obpmapp;
2004         vm_offset_t b;
2005         pv_entry_t pte_pv;      /* in original or shared pmap */
2006         pv_entry_t pt_pv;       /* in original or shared pmap */
2007         pv_entry_t proc_pd_pv;  /* in original pmap */
2008         pv_entry_t proc_pt_pv;  /* in original pmap */
2009         pv_entry_t xpv;         /* PT in shared pmap */
2010         pd_entry_t *pt;         /* PT entry in PD of original pmap */
2011         pd_entry_t opte;        /* contents of *pt */
2012         pd_entry_t npte;        /* contents of *pt */
2013         vm_page_t m;
2014
2015 retry:
2016         /*
2017          * Basic tests, require a non-NULL vm_map_entry, require proper
2018          * alignment and type for the vm_map_entry, require that the
2019          * underlying object already be allocated.
2020          *
2021          * We allow almost any type of object to use this optimization.
2022          * The object itself does NOT have to be sized to a multiple of the
2023          * segment size, but the memory mapping does.
2024          *
2025          * XXX don't handle devices currently, because VM_PAGE_TO_PHYS()
2026          *     won't work as expected.
2027          */
2028         if (entry == NULL ||
2029             pmap_mmu_optimize == 0 ||                   /* not enabled */
2030             ptepindex >= pmap_pd_pindex(0) ||           /* not terminal or pt */
2031             entry->inheritance != VM_INHERIT_SHARE ||   /* not shared */
2032             entry->maptype != VM_MAPTYPE_NORMAL ||      /* weird map type */
2033             entry->object.vm_object == NULL ||          /* needs VM object */
2034             entry->object.vm_object->type == OBJT_DEVICE ||     /* ick */
2035             entry->object.vm_object->type == OBJT_MGTDEVICE ||  /* ick */
2036             (entry->offset & SEG_MASK) ||               /* must be aligned */
2037             (entry->start & SEG_MASK)) {
2038                 return(pmap_allocpte(pmap, ptepindex, pvpp));
2039         }
2040
2041         /*
2042          * Make sure the full segment can be represented.
2043          */
2044         b = va & ~(vm_offset_t)SEG_MASK;
2045         if (b < entry->start || b + SEG_SIZE > entry->end)
2046                 return(pmap_allocpte(pmap, ptepindex, pvpp));
2047
2048         /*
2049          * If the full segment can be represented dive the VM object's
2050          * shared pmap, allocating as required.
2051          */
2052         object = entry->object.vm_object;
2053
2054         if (entry->protection & VM_PROT_WRITE)
2055                 obpmapp = &object->md.pmap_rw;
2056         else
2057                 obpmapp = &object->md.pmap_ro;
2058
2059 #ifdef PMAP_DEBUG2
2060         if (pmap_enter_debug > 0) {
2061                 --pmap_enter_debug;
2062                 kprintf("pmap_allocpte_seg: va=%jx prot %08x o=%p "
2063                         "obpmapp %p %p\n",
2064                         va, entry->protection, object,
2065                         obpmapp, *obpmapp);
2066                 kprintf("pmap_allocpte_seg: entry %p %jx-%jx\n",
2067                         entry, entry->start, entry->end);
2068         }
2069 #endif
2070
2071         /*
2072          * We allocate what appears to be a normal pmap but because portions
2073          * of this pmap are shared with other unrelated pmaps we have to
2074          * set pm_active to point to all cpus.
2075          *
2076          * XXX Currently using pmap_spin to interlock the update, can't use
2077          *     vm_object_hold/drop because the token might already be held
2078          *     shared OR exclusive and we don't know.
2079          */
2080         while ((obpmap = *obpmapp) == NULL) {
2081                 obpmap = kmalloc(sizeof(*obpmap), M_OBJPMAP, M_WAITOK|M_ZERO);
2082                 pmap_pinit_simple(obpmap);
2083                 pmap_pinit2(obpmap);
2084                 spin_lock(&pmap_spin);
2085                 if (*obpmapp != NULL) {
2086                         /*
2087                          * Handle race
2088                          */
2089                         spin_unlock(&pmap_spin);
2090                         pmap_release(obpmap);
2091                         pmap_puninit(obpmap);
2092                         kfree(obpmap, M_OBJPMAP);
2093                         obpmap = *obpmapp; /* safety */
2094                 } else {
2095                         obpmap->pm_active = smp_active_mask;
2096                         *obpmapp = obpmap;
2097                         spin_unlock(&pmap_spin);
2098                 }
2099         }
2100
2101         /*
2102          * Layering is: PTE, PT, PD, PDP, PML4.  We have to return the
2103          * pte/pt using the shared pmap from the object but also adjust
2104          * the process pmap's page table page as a side effect.
2105          */
2106
2107         /*
2108          * Resolve the terminal PTE and PT in the shared pmap.  This is what
2109          * we will return.  This is true if ptepindex represents a terminal
2110          * page, otherwise pte_pv is actually the PT and pt_pv is actually
2111          * the PD.
2112          */
2113         pt_pv = NULL;
2114         pte_pv = pmap_allocpte(obpmap, ptepindex, &pt_pv);
2115         if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0))
2116                 xpv = pte_pv;
2117         else
2118                 xpv = pt_pv;
2119
2120         /*
2121          * Resolve the PD in the process pmap so we can properly share the
2122          * page table page.  Lock order is bottom-up (leaf first)!
2123          *
2124          * NOTE: proc_pt_pv can be NULL.
2125          */
2126         proc_pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(b));
2127         proc_pd_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pd_pindex(b), NULL);
2128 #ifdef PMAP_DEBUG2
2129         if (pmap_enter_debug > 0) {
2130                 --pmap_enter_debug;
2131                 kprintf("proc_pt_pv %p (wc %d) pd_pv %p va=%jx\n",
2132                         proc_pt_pv,
2133                         (proc_pt_pv ? proc_pt_pv->pv_m->wire_count : -1),
2134                         proc_pd_pv,
2135                         va);
2136         }
2137 #endif
2138
2139         /*
2140          * xpv is the page table page pv from the shared object
2141          * (for convenience), from above.
2142          *
2143          * Calculate the pte value for the PT to load into the process PD.
2144          * If we have to change it we must properly dispose of the previous
2145          * entry.
2146          */
2147         pt = pv_pte_lookup(proc_pd_pv, pmap_pt_index(b));
2148         npte = VM_PAGE_TO_PHYS(xpv->pv_m) |
2149             (pmap->pmap_bits[PG_U_IDX] |
2150             pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2151             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2152             pmap->pmap_bits[PG_A_IDX] |
2153             pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]);
2154
2155         /*
2156          * Dispose of previous page table page if it was local to the
2157          * process pmap.  If the old pt is not empty we cannot dispose of it
2158          * until we clean it out.  This case should not arise very often so
2159          * it is not optimized.
2160          */
2161         if (proc_pt_pv) {
2162                 if (proc_pt_pv->pv_m->wire_count != 1) {
2163                         pv_put(proc_pd_pv);
2164                         pv_put(proc_pt_pv);
2165                         pv_put(pt_pv);
2166                         pv_put(pte_pv);
2167                         pmap_remove(pmap,
2168                                     va & ~(vm_offset_t)SEG_MASK,
2169                                     (va + SEG_SIZE) & ~(vm_offset_t)SEG_MASK);
2170                         goto retry;
2171                 }
2172
2173                 /*
2174                  * The release call will indirectly clean out *pt
2175                  */
2176                 pmap_release_pv(proc_pt_pv, proc_pd_pv, 1);
2177                 proc_pt_pv = NULL;
2178                 /* relookup */
2179                 pt = pv_pte_lookup(proc_pd_pv, pmap_pt_index(b));
2180         }
2181
2182         /*
2183          * Handle remaining cases.
2184          */
2185         if (*pt == 0) {
2186                 *pt = npte;
2187                 vm_page_wire_quick(xpv->pv_m);
2188                 vm_page_wire_quick(proc_pd_pv->pv_m);
2189                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
2190         } else if (*pt != npte) {
2191                 opte = pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, pt, npte);
2192
2193 #if 0
2194                 opte = pte_load_clear(pt);
2195                 KKASSERT(opte && opte != npte);
2196
2197                 *pt = npte;
2198 #endif
2199                 vm_page_wire_quick(xpv->pv_m);  /* pgtable pg that is npte */
2200
2201                 /*
2202                  * Clean up opte, bump the wire_count for the process
2203                  * PD page representing the new entry if it was
2204                  * previously empty.
2205                  *
2206                  * If the entry was not previously empty and we have
2207                  * a PT in the proc pmap then opte must match that
2208                  * pt.  The proc pt must be retired (this is done
2209                  * later on in this procedure).
2210                  *
2211                  * NOTE: replacing valid pte, wire_count on proc_pd_pv
2212                  * stays the same.
2213                  */
2214                 KKASSERT(opte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]);
2215                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(opte & PG_FRAME);
2216                 if (vm_page_unwire_quick(m)) {
2217                         panic("pmap_allocpte_seg: "
2218                               "bad wire count %p",
2219                               m);
2220                 }
2221         }
2222
2223         /*
2224          * The existing process page table was replaced and must be destroyed
2225          * here.
2226          */
2227         if (proc_pd_pv)
2228                 pv_put(proc_pd_pv);
2229         if (pvpp)
2230                 *pvpp = pt_pv;
2231         else
2232                 pv_put(pt_pv);
2233
2234         return (pte_pv);
2235 }
2236
2237 /*
2238  * Release any resources held by the given physical map.
2239  *
2240  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.  Should
2241  * only be called if the map contains no valid mappings.
2242  *
2243  * Caller must hold pmap->pm_token
2244  */
2245 struct pmap_release_info {
2246         pmap_t  pmap;
2247         int     retry;
2248 };
2249
2250 static int pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data);
2251
2252 void
2253 pmap_release(struct pmap *pmap)
2254 {
2255         struct pmap_release_info info;
2256
2257         KASSERT(CPUMASK_TESTZERO(pmap->pm_active),
2258                 ("pmap still active! %016jx",
2259                 (uintmax_t)CPUMASK_LOWMASK(pmap->pm_active)));
2260
2261         spin_lock(&pmap_spin);
2262         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
2263         spin_unlock(&pmap_spin);
2264
2265         /*
2266          * Pull pv's off the RB tree in order from low to high and release
2267          * each page.
2268          */
2269         info.pmap = pmap;
2270         do {
2271                 info.retry = 0;
2272                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2273                 RB_SCAN(pv_entry_rb_tree, &pmap->pm_pvroot, NULL,
2274                         pmap_release_callback, &info);
2275                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2276         } while (info.retry);
2277
2278
2279         /*
2280          * One resident page (the pml4 page) should remain.
2281          * No wired pages should remain.
2282          */
2283         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count ==
2284                  ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) ? 0 : 1));
2285
2286         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
2287 }
2288
2289 static int
2290 pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data)
2291 {
2292         struct pmap_release_info *info = data;
2293         pmap_t pmap = info->pmap;
2294         int r;
2295
2296         if (pv_hold_try(pv)) {
2297                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2298         } else {
2299                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2300                 pv_lock(pv);
2301         }
2302         if (pv->pv_pmap != pmap) {
2303                 pv_put(pv);
2304                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2305                 info->retry = 1;
2306                 return(-1);
2307         }
2308         r = pmap_release_pv(pv, NULL, 0);
2309         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2310         return(r);
2311 }
2312
2313 /*
2314  * Called with held (i.e. also locked) pv.  This function will dispose of
2315  * the lock along with the pv.
2316  *
2317  * If the caller already holds the locked parent page table for pv it
2318  * must pass it as pvp, allowing us to avoid a deadlock, else it can
2319  * pass NULL for pvp.
2320  */
2321 static int
2322 pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, int smp)
2323 {
2324         vm_page_t p;
2325
2326         /*
2327          * The pmap is currently not spinlocked, pv is held+locked.
2328          * Remove the pv's page from its parent's page table.  The
2329          * parent's page table page's wire_count will be decremented.
2330          *
2331          * This will clean out the pte at any level of the page table.
2332          * If smp != 0 all cpus are affected.
2333          */
2334         pmap_remove_pv_pte(pv, pvp, smp);
2335
2336         /*
2337          * Terminal pvs are unhooked from their vm_pages.  Because
2338          * terminal pages aren't page table pages they aren't wired
2339          * by us, so we have to be sure not to unwire them either.
2340          */
2341         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
2342                 pmap_remove_pv_page(pv);
2343                 goto skip;
2344         }
2345
2346         /*
2347          * We leave the top-level page table page cached, wired, and
2348          * mapped in the pmap until the dtor function (pmap_puninit())
2349          * gets called.
2350          *
2351          * Since we are leaving the top-level pv intact we need
2352          * to break out of what would otherwise be an infinite loop.
2353          */
2354         if (pv->pv_pindex == pmap_pml4_pindex()) {
2355                 pv_put(pv);
2356                 return(-1);
2357         }
2358
2359         /*
2360          * For page table pages (other than the top-level page),
2361          * remove and free the vm_page.  The representitive mapping
2362          * removed above by pmap_remove_pv_pte() did not undo the
2363          * last wire_count so we have to do that as well.
2364          */
2365         p = pmap_remove_pv_page(pv);
2366         vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pmaprl");
2367         if (p->wire_count != 1) {
2368                 kprintf("p->wire_count was %016lx %d\n",
2369                         pv->pv_pindex, p->wire_count);
2370         }
2371         KKASSERT(p->wire_count == 1);
2372         KKASSERT(p->flags & PG_UNMANAGED);
2373
2374         vm_page_unwire(p, 0);
2375         KKASSERT(p->wire_count == 0);
2376
2377         /*
2378          * Theoretically this page, if not the pml4 page, should contain
2379          * all-zeros.  But its just too dangerous to mark it PG_ZERO.  Free
2380          * normally.
2381          */
2382         vm_page_free(p);
2383 skip:
2384         pv_free(pv);
2385         return 0;
2386 }
2387
2388 /*
2389  * This function will remove the pte associated with a pv from its parent.
2390  * Terminal pv's are supported.  All cpus are affected if smp != 0.
2391  *
2392  * The wire count will be dropped on the parent page table.  The wire
2393  * count on the page being removed (pv->pv_m) from the parent page table
2394  * is NOT touched.  Note that terminal pages will not have any additional
2395  * wire counts while page table pages will have at least one representing
2396  * the mapping, plus others representing sub-mappings.
2397  *
2398  * NOTE: Cannot be called on kernel page table pages, only KVM terminal
2399  *       pages and user page table and terminal pages.
2400  *
2401  * The pv must be locked.
2402  *
2403  * XXX must lock parent pv's if they exist to remove pte XXX
2404  */
2405 static
2406 void
2407 pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, int smp)
2408 {
2409         vm_pindex_t ptepindex = pv->pv_pindex;
2410         pmap_t pmap = pv->pv_pmap;
2411         vm_page_t p;
2412         int gotpvp = 0;
2413
2414         KKASSERT(pmap);
2415
2416         if (ptepindex == pmap_pml4_pindex()) {
2417                 /*
2418                  * We are the top level pml4 table, there is no parent.
2419                  */
2420                 p = pmap->pm_pmlpv->pv_m;
2421         } else if (ptepindex >= pmap_pdp_pindex(0)) {
2422                 /*
2423                  * Remove a PDP page from the pml4e.  This can only occur
2424                  * with user page tables.  We do not have to lock the
2425                  * pml4 PV so just ignore pvp.
2426                  */
2427                 vm_pindex_t pml4_pindex;
2428                 vm_pindex_t pdp_index;
2429                 pml4_entry_t *pdp;
2430
2431                 pdp_index = ptepindex - pmap_pdp_pindex(0);
2432                 if (pvp == NULL) {
2433                         pml4_pindex = pmap_pml4_pindex();
2434                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pml4_pindex);
2435                         KKASSERT(pvp);
2436                         gotpvp = 1;
2437                 }
2438                 pdp = &pmap->pm_pml4[pdp_index & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
2439                 KKASSERT((*pdp & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
2440                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2441                 if (smp)
2442                         pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, pdp, 0);
2443                 else
2444                         *pdp = 0;
2445         } else if (ptepindex >= pmap_pd_pindex(0)) {
2446                 /*
2447                  * Remove a PD page from the pdp
2448                  *
2449                  * SIMPLE PMAP NOTE: Non-existant pvp's are ok in the case
2450                  *                   of a simple pmap because it stops at
2451                  *                   the PD page.
2452                  */
2453                 vm_pindex_t pdp_pindex;
2454                 vm_pindex_t pd_index;
2455                 pdp_entry_t *pd;
2456
2457                 pd_index = ptepindex - pmap_pd_pindex(0);
2458
2459                 if (pvp == NULL) {
2460                         pdp_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
2461                                      (pd_index >> NPML4EPGSHIFT);
2462                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pdp_pindex);
2463                         if (pvp)
2464                                 gotpvp = 1;
2465                 }
2466                 if (pvp) {
2467                         pd = pv_pte_lookup(pvp, pd_index &
2468                                                 ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2469                         KKASSERT((*pd & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
2470                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2471                         if (smp)
2472                                 pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, pd, 0);
2473                         else
2474                                 *pd = 0;
2475                 } else {
2476                         KKASSERT(pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE);
2477                         p = pv->pv_m;           /* degenerate test later */
2478                 }
2479         } else if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0)) {
2480                 /*
2481                  *  Remove a PT page from the pd
2482                  */
2483                 vm_pindex_t pd_pindex;
2484                 vm_pindex_t pt_index;
2485                 pd_entry_t *pt;
2486
2487                 pt_index = ptepindex - pmap_pt_pindex(0);
2488
2489                 if (pvp == NULL) {
2490                         pd_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
2491                                     (pt_index >> NPDPEPGSHIFT);
2492                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pd_pindex);
2493                         KKASSERT(pvp);
2494                         gotpvp = 1;
2495                 }
2496                 pt = pv_pte_lookup(pvp, pt_index & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2497                 KKASSERT((*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
2498                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
2499                 if (smp)
2500                         pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, pt, 0);
2501                 else
2502                         *pt = 0;
2503         } else {
2504                 /*
2505                  * Remove a PTE from the PT page
2506                  *
2507                  * NOTE: pv's must be locked bottom-up to avoid deadlocking.
2508                  *       pv is a pte_pv so we can safely lock pt_pv.
2509                  *
2510                  * NOTE: FICTITIOUS pages may have multiple physical mappings
2511                  *       so PHYS_TO_VM_PAGE() will not necessarily work for
2512                  *       terminal ptes.
2513                  */
2514                 vm_pindex_t pt_pindex;
2515                 pt_entry_t *ptep;
2516                 pt_entry_t pte;
2517                 vm_offset_t va;
2518
2519                 pt_pindex = ptepindex >> NPTEPGSHIFT;
2520                 va = (vm_offset_t)ptepindex << PAGE_SHIFT;
2521
2522                 if (ptepindex >= NUPTE_USER) {
2523                         ptep = vtopte(ptepindex << PAGE_SHIFT);
2524                         KKASSERT(pvp == NULL);
2525                 } else {
2526                         if (pvp == NULL) {
2527                                 pt_pindex = NUPTE_TOTAL +
2528                                             (ptepindex >> NPDPEPGSHIFT);
2529                                 pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pt_pindex);
2530                                 KKASSERT(pvp);
2531                                 gotpvp = 1;
2532                         }
2533                         ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex &
2534                                                   ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2535                 }
2536                 if (smp) {
2537                         pte = pmap_inval_smp(pmap, va, ptep, 0);
2538                 } else {
2539                         pte = pte_load_clear(ptep);
2540                         cpu_invlpg((void *)va);
2541                 }
2542
2543                 /*
2544                  * Now update the vm_page_t
2545                  */
2546                 if ((pte & (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) !=
2547                     (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]|pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) {
2548                         kprintf("remove_pte badpte %016lx %016lx %d\n",
2549                                 pte, pv->pv_pindex,
2550                                 pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0));
2551                 }
2552                 /* PHYS_TO_VM_PAGE() will not work for FICTITIOUS pages */
2553                 /*KKASSERT((pte & (PG_MANAGED|PG_V)) == (PG_MANAGED|PG_V));*/
2554                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX])
2555                         p = pv->pv_m;
2556                 else
2557                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2558                 /* p = pv->pv_m; */
2559
2560                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]) {
2561                         if (pmap_track_modified(ptepindex))
2562                                 vm_page_dirty(p);
2563                 }
2564                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]) {
2565                         vm_page_flag_set(p, PG_REFERENCED);
2566                 }
2567                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
2568                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
2569                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
2570                         cpu_invlpg((void *)va);
2571         }
2572
2573         /*
2574          * Unwire the parent page table page.  The wire_count cannot go below
2575          * 1 here because the parent page table page is itself still mapped.
2576          *
2577          * XXX remove the assertions later.
2578          */
2579         KKASSERT(pv->pv_m == p);
2580         if (pvp && vm_page_unwire_quick(pvp->pv_m))
2581                 panic("pmap_remove_pv_pte: Insufficient wire_count");
2582
2583         if (gotpvp)
2584                 pv_put(pvp);
2585 }
2586
2587 /*
2588  * Remove the vm_page association to a pv.  The pv must be locked.
2589  */
2590 static
2591 vm_page_t
2592 pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv)
2593 {
2594         vm_page_t m;
2595
2596         m = pv->pv_m;
2597         KKASSERT(m);
2598         vm_page_spin_lock(m);
2599         pv->pv_m = NULL;
2600         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2601         pmap_page_stats_deleting(m);
2602         /*
2603         if (m->object)
2604                 atomic_add_int(&m->object->agg_pv_list_count, -1);
2605         */
2606         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2607                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2608         vm_page_spin_unlock(m);
2609         return(m);
2610 }
2611
2612 /*
2613  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
2614  *
2615  * This routine is always called to validate any address space
2616  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
2617  * space below KERNBASE.
2618  */
2619 void
2620 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
2621 {
2622         vm_paddr_t paddr;
2623         vm_offset_t ptppaddr;
2624         vm_page_t nkpg;
2625         pd_entry_t *pt, newpt;
2626         pdp_entry_t newpd;
2627         int update_kernel_vm_end;
2628
2629         /*
2630          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
2631          */
2632         if (kernel_vm_end == 0) {
2633                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2634                 nkpt = 0;
2635                 while ((*pmap_pt(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0) {
2636                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2637                                         ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2638                         nkpt++;
2639                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2640                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
2641                                 break;
2642                         }
2643                 }
2644         }
2645
2646         /*
2647          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
2648          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
2649          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
2650          */
2651         if (kstart < KERNBASE) {
2652                 if (kstart > kernel_vm_end)
2653                         kstart = kernel_vm_end;
2654                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
2655                 update_kernel_vm_end = 1;
2656         } else {
2657                 update_kernel_vm_end = 0;
2658         }
2659
2660         kstart = rounddown2(kstart, PAGE_SIZE * NPTEPG);
2661         kend = roundup2(kend, PAGE_SIZE * NPTEPG);
2662
2663         if (kend - 1 >= kernel_map.max_offset)
2664                 kend = kernel_map.max_offset;
2665
2666         while (kstart < kend) {
2667                 pt = pmap_pt(&kernel_pmap, kstart);
2668                 if (pt == NULL) {
2669                         /* We need a new PDP entry */
2670                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
2671                                              VM_ALLOC_NORMAL |
2672                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
2673                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
2674                         if (nkpg == NULL) {
2675                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
2676                                       "kernel");
2677                         }
2678                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2679                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2680                                 pmap_zero_page(paddr);
2681                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
2682                         newpd = (pdp_entry_t)
2683                             (paddr |
2684                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
2685                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2686                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_A_IDX] |
2687                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_M_IDX]);
2688                         *pmap_pd(&kernel_pmap, kstart) = newpd;
2689                         nkpt++;
2690                         continue; /* try again */
2691                 }
2692                 if ((*pt & kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0) {
2693                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2694                                  ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2695                         if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2696                                 kstart = kernel_map.max_offset;
2697                                 break;
2698                         }
2699                         continue;
2700                 }
2701
2702                 /*
2703                  * This index is bogus, but out of the way
2704                  */
2705                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
2706                                      VM_ALLOC_NORMAL |
2707                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
2708                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
2709                 if (nkpg == NULL)
2710                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2711
2712                 vm_page_wire(nkpg);
2713                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2714                 pmap_zero_page(ptppaddr);
2715                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
2716                 newpt = (pd_entry_t) (ptppaddr |
2717                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
2718                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2719                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_A_IDX] |
2720                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_M_IDX]);
2721                 *pmap_pt(&kernel_pmap, kstart) = newpt;
2722                 nkpt++;
2723
2724                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2725                           ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2726
2727                 if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2728                         kstart = kernel_map.max_offset;
2729                         break;
2730                 }
2731         }
2732
2733         /*
2734          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
2735          */
2736         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
2737                 kernel_vm_end = kstart;
2738 }
2739
2740 /*
2741  *      Add a reference to the specified pmap.
2742  */
2743 void
2744 pmap_reference(pmap_t pmap)
2745 {
2746         if (pmap != NULL) {
2747                 lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
2748                 ++pmap->pm_count;
2749                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2750         }
2751 }
2752
2753 /***************************************************
2754  * page management routines.
2755  ***************************************************/
2756
2757 /*
2758  * Hold a pv without locking it
2759  */
2760 static void
2761 pv_hold(pv_entry_t pv)
2762 {
2763         atomic_add_int(&pv->pv_hold, 1);
2764 }
2765
2766 /*
2767  * Hold a pv_entry, preventing its destruction.  TRUE is returned if the pv
2768  * was successfully locked, FALSE if it wasn't.  The caller must dispose of
2769  * the pv properly.
2770  *
2771  * Either the pmap->pm_spin or the related vm_page_spin (if traversing a
2772  * pv list via its page) must be held by the caller.
2773  */
2774 static int
2775 _pv_hold_try(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
2776 {
2777         u_int count;
2778
2779         /*
2780          * Critical path shortcut expects pv to already have one ref
2781          * (for the pv->pv_pmap).
2782          */
2783         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 1, PV_HOLD_LOCKED | 2)) {
2784 #ifdef PMAP_DEBUG
2785                 pv->pv_func = func;
2786                 pv->pv_line = lineno;
2787 #endif
2788                 return TRUE;
2789         }
2790
2791         for (;;) {
2792                 count = pv->pv_hold;
2793                 cpu_ccfence();
2794                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
2795                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2796                                               (count + 1) | PV_HOLD_LOCKED)) {
2797 #ifdef PMAP_DEBUG
2798                                 pv->pv_func = func;
2799                                 pv->pv_line = lineno;
2800 #endif
2801                                 return TRUE;
2802                         }
2803                 } else {
2804                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count + 1))
2805                                 return FALSE;
2806                 }
2807                 /* retry */
2808         }
2809 }
2810
2811 /*
2812  * Drop a previously held pv_entry which could not be locked, allowing its
2813  * destruction.
2814  *
2815  * Must not be called with a spinlock held as we might zfree() the pv if it
2816  * is no longer associated with a pmap and this was the last hold count.
2817  */
2818 static void
2819 pv_drop(pv_entry_t pv)
2820 {
2821         u_int count;
2822
2823         for (;;) {
2824                 count = pv->pv_hold;
2825                 cpu_ccfence();
2826                 KKASSERT((count & PV_HOLD_MASK) > 0);
2827                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) !=
2828                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
2829                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count - 1)) {
2830                         if ((count & PV_HOLD_MASK) == 1) {
2831 #ifdef PMAP_DEBUG2
2832                                 if (pmap_enter_debug > 0) {
2833                                         --pmap_enter_debug;
2834                                         kprintf("pv_drop: free pv %p\n", pv);
2835                                 }
2836 #endif
2837                                 KKASSERT(count == 1);
2838                                 KKASSERT(pv->pv_pmap == NULL);
2839                                 zfree(pvzone, pv);
2840                         }
2841                         return;
2842                 }
2843                 /* retry */
2844         }
2845 }
2846
2847 /*
2848  * Find or allocate the requested PV entry, returning a locked, held pv.
2849  *
2850  * If (*isnew) is non-zero, the returned pv will have two hold counts, one
2851  * for the caller and one representing the pmap and vm_page association.
2852  *
2853  * If (*isnew) is zero, the returned pv will have only one hold count.
2854  *
2855  * Since both associations can only be adjusted while the pv is locked,
2856  * together they represent just one additional hold.
2857  */
2858 static
2859 pv_entry_t
2860 _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew PMAP_DEBUG_DECL)
2861 {
2862         pv_entry_t pv;
2863         pv_entry_t pnew = NULL;
2864
2865         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2866         for (;;) {
2867                 if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex) {
2868                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot,
2869                                                         pindex);
2870                 }
2871                 if (pv == NULL) {
2872                         if (pnew == NULL) {
2873                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2874                                 pnew = zalloc(pvzone);
2875                                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2876                                 continue;
2877                         }
2878                         pnew->pv_pmap = pmap;
2879                         pnew->pv_pindex = pindex;
2880                         pnew->pv_hold = PV_HOLD_LOCKED | 2;
2881 #ifdef PMAP_DEBUG
2882                         pnew->pv_func = func;
2883                         pnew->pv_line = lineno;
2884 #endif
2885                         pv_entry_rb_tree_RB_INSERT(&pmap->pm_pvroot, pnew);
2886                         ++pmap->pm_generation;
2887                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
2888                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2889                         *isnew = 1;
2890                         return(pnew);
2891                 }
2892                 if (pnew) {
2893                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2894                         zfree(pvzone, pnew);
2895                         pnew = NULL;
2896                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2897                         continue;
2898                 }
2899                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
2900                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2901                 } else {
2902                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2903                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
2904                 }
2905                 if (pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex) {
2906                         *isnew = 0;
2907                         return(pv);
2908                 }
2909                 pv_put(pv);
2910                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2911         }
2912 }
2913
2914 /*
2915  * Find the requested PV entry, returning a locked+held pv or NULL
2916  */
2917 static
2918 pv_entry_t
2919 _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex PMAP_DEBUG_DECL)
2920 {
2921         pv_entry_t pv;
2922
2923         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2924         for (;;) {
2925                 /*
2926                  * Shortcut cache
2927                  */
2928                 if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex) {
2929                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot,
2930                                                         pindex);
2931                 }
2932                 if (pv == NULL) {
2933                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2934                         return NULL;
2935                 }
2936                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
2937                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2938                 } else {
2939                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2940                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
2941                 }
2942                 if (pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex) {
2943                         pv_cache(pv, pindex);
2944                         return(pv);
2945                 }
2946                 pv_put(pv);
2947                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2948         }
2949 }
2950
2951 /*
2952  * Lookup, hold, and attempt to lock (pmap,pindex).
2953  *
2954  * If the entry does not exist NULL is returned and *errorp is set to 0
2955  *
2956  * If the entry exists and could be successfully locked it is returned and
2957  * errorp is set to 0.
2958  *
2959  * If the entry exists but could NOT be successfully locked it is returned
2960  * held and *errorp is set to 1.
2961  */
2962 static
2963 pv_entry_t
2964 pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *errorp)
2965 {
2966         pv_entry_t pv;
2967
2968         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
2969         if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex)
2970                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
2971         if (pv == NULL) {
2972                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
2973                 *errorp = 0;
2974                 return NULL;
2975         }
2976         if (pv_hold_try(pv)) {
2977                 pv_cache(pv, pindex);
2978                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
2979                 *errorp = 0;
2980                 KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex);
2981                 return(pv);     /* lock succeeded */
2982         }
2983         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
2984         *errorp = 1;
2985         return (pv);            /* lock failed */
2986 }
2987
2988 /*
2989  * Find the requested PV entry, returning a held pv or NULL
2990  */
2991 static
2992 pv_entry_t
2993 pv_find(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
2994 {
2995         pv_entry_t pv;
2996
2997         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
2998
2999         if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex)
3000                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
3001         if (pv == NULL) {
3002                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3003                 return NULL;
3004         }
3005         pv_hold(pv);
3006         pv_cache(pv, pindex);
3007         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3008         return(pv);
3009 }
3010
3011 /*
3012  * Lock a held pv, keeping the hold count
3013  */
3014 static
3015 void
3016 _pv_lock(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
3017 {
3018         u_int count;
3019
3020         for (;;) {
3021                 count = pv->pv_hold;
3022                 cpu_ccfence();
3023                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
3024                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3025                                               count | PV_HOLD_LOCKED)) {
3026 #ifdef PMAP_DEBUG
3027                                 pv->pv_func = func;
3028                                 pv->pv_line = lineno;
3029 #endif
3030                                 return;
3031                         }
3032                         continue;
3033                 }
3034                 tsleep_interlock(pv, 0);
3035                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3036                                       count | PV_HOLD_WAITING)) {
3037 #ifdef PMAP_DEBUG
3038                         kprintf("pv waiting on %s:%d\n",
3039                                         pv->pv_func, pv->pv_line);
3040 #endif
3041                         tsleep(pv, PINTERLOCKED, "pvwait", hz);
3042                 }
3043                 /* retry */
3044         }
3045 }
3046
3047 /*
3048  * Unlock a held and locked pv, keeping the hold count.
3049  */
3050 static
3051 void
3052 pv_unlock(pv_entry_t pv)
3053 {
3054         u_int count;
3055
3056         for (;;) {
3057                 count = pv->pv_hold;
3058                 cpu_ccfence();
3059                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) >=
3060                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
3061                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3062                                       count &
3063                                       ~(PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_WAITING))) {
3064                         if (count & PV_HOLD_WAITING)
3065                                 wakeup(pv);
3066                         break;
3067                 }
3068         }
3069 }
3070
3071 /*
3072  * Unlock and drop a pv.  If the pv is no longer associated with a pmap
3073  * and the hold count drops to zero we will free it.
3074  *
3075  * Caller should not hold any spin locks.  We are protected from hold races
3076  * by virtue of holds only occuring only with a pmap_spin or vm_page_spin
3077  * lock held.  A pv cannot be located otherwise.
3078  */
3079 static
3080 void
3081 pv_put(pv_entry_t pv)
3082 {
3083 #ifdef PMAP_DEBUG2
3084         if (pmap_enter_debug > 0) {
3085                 --pmap_enter_debug;
3086                 kprintf("pv_put pv=%p hold=%08x\n", pv, pv->pv_hold);
3087         }
3088 #endif
3089
3090         /*
3091          * Fast - shortcut most common condition
3092          */
3093         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 2, 1))
3094                 return;
3095
3096         /*
3097          * Slow
3098          */
3099         pv_unlock(pv);
3100         pv_drop(pv);
3101 }
3102
3103 /*
3104  * Remove the pmap association from a pv, require that pv_m already be removed,
3105  * then unlock and drop the pv.  Any pte operations must have already been
3106  * completed.  This call may result in a last-drop which will physically free
3107  * the pv.
3108  *
3109  * Removing the pmap association entails an additional drop.
3110  *
3111  * pv must be exclusively locked on call and will be disposed of on return.
3112  */
3113 static
3114 void
3115 pv_free(pv_entry_t pv)
3116 {
3117         pmap_t pmap;
3118
3119         KKASSERT(pv->pv_m == NULL);
3120         KKASSERT((pv->pv_hold & PV_HOLD_MASK) >= 2);
3121         if ((pmap = pv->pv_pmap) != NULL) {
3122                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3123                 pv_entry_rb_tree_RB_REMOVE(&pmap->pm_pvroot, pv);
3124                 ++pmap->pm_generation;
3125                 if (pmap->pm_pvhint == pv)
3126                         pmap->pm_pvhint = NULL;
3127                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3128                 pv->pv_pmap = NULL;
3129                 pv->pv_pindex = 0;
3130                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3131
3132                 /*
3133                  * Try to shortcut three atomic ops, otherwise fall through
3134                  * and do it normally.  Drop two refs and the lock all in
3135                  * one go.
3136                  */
3137                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 2, 0)) {
3138 #ifdef PMAP_DEBUG2
3139                         if (pmap_enter_debug > 0) {
3140                                 --pmap_enter_debug;
3141                                 kprintf("pv_free: free pv %p\n", pv);
3142                         }
3143 #endif
3144                         zfree(pvzone, pv);
3145                         return;
3146                 }
3147                 pv_drop(pv);    /* ref for pv_pmap */
3148         }
3149         pv_put(pv);
3150 }
3151
3152 /*
3153  * This routine is very drastic, but can save the system
3154  * in a pinch.
3155  */
3156 void
3157 pmap_collect(void)
3158 {
3159         int i;
3160         vm_page_t m;
3161         static int warningdone=0;
3162
3163         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
3164                 return;
3165         pmap_pagedaemon_waken = 0;
3166         if (warningdone < 5) {
3167                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- "
3168                         "suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
3169                 warningdone++;
3170         }
3171
3172         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
3173                 m = &vm_page_array[i];
3174                 if (m->wire_count || m->hold_count)
3175                         continue;
3176                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
3177                         if (m->wire_count == 0 && m->hold_count == 0) {
3178                                 pmap_remove_all(m);
3179                         }
3180                         vm_page_wakeup(m);
3181                 }
3182         }
3183 }
3184
3185 /*
3186  * Scan the pmap for active page table entries and issue a callback.
3187  * The callback must dispose of pte_pv, whos PTE entry is at *ptep in
3188  * its parent page table.
3189  *
3190  * pte_pv will be NULL if the page or page table is unmanaged.
3191  * pt_pv will point to the page table page containing the pte for the page.
3192  *
3193  * NOTE! If we come across an unmanaged page TABLE (verses an unmanaged page),
3194  *       we pass a NULL pte_pv and we pass a pt_pv pointing to the passed
3195  *       process pmap's PD and page to the callback function.  This can be
3196  *       confusing because the pt_pv is really a pd_pv, and the target page
3197  *       table page is simply aliased by the pmap and not owned by it.
3198  *
3199  * It is assumed that the start and end are properly rounded to the page size.
3200  *
3201  * It is assumed that PD pages and above are managed and thus in the RB tree,
3202  * allowing us to use RB_SCAN from the PD pages down for ranged scans.
3203  */
3204 struct pmap_scan_info {
3205         struct pmap *pmap;
3206         vm_offset_t sva;
3207         vm_offset_t eva;
3208         vm_pindex_t sva_pd_pindex;
3209         vm_pindex_t eva_pd_pindex;
3210         void (*func)(pmap_t, struct pmap_scan_info *,
3211                      pv_entry_t, pv_entry_t, int, vm_offset_t,
3212                      pt_entry_t *, void *);
3213         void *arg;
3214         int dosmp;
3215         int count;
3216 };
3217
3218 static int pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data);
3219 static int pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data);
3220
3221 static void
3222 pmap_scan(struct pmap_scan_info *info)
3223 {
3224         struct pmap *pmap = info->pmap;
3225         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
3226         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
3227         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
3228         pt_entry_t *ptep;
3229         pt_entry_t oldpte;
3230         struct pv_entry dummy_pv;
3231         int generation;
3232
3233         if (pmap == NULL)
3234                 return;
3235
3236         /*
3237          * Hold the token for stability; if the pmap is empty we have nothing
3238          * to do.
3239          */
3240         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
3241 #if 0
3242         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
3243                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3244                 return;
3245         }
3246 #endif
3247
3248         info->count = 0;
3249
3250 again:
3251         /*
3252          * Special handling for scanning one page, which is a very common
3253          * operation (it is?).
3254          *
3255          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4
3256          */
3257         if (info->sva + PAGE_SIZE == info->eva) {
3258                 generation = pmap->pm_generation;
3259                 if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3260                         /*
3261                          * Kernel mappings do not track wire counts on
3262                          * page table pages and only maintain pd_pv and
3263                          * pte_pv levels so pmap_scan() works.
3264                          */
3265                         pt_pv = NULL;
3266                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva));
3267                         ptep = vtopte(info->sva);
3268                 } else {
3269                         /*
3270                          * User pages which are unmanaged will not have a
3271                          * pte_pv.  User page table pages which are unmanaged
3272                          * (shared from elsewhere) will also not have a pt_pv.
3273                          * The func() callback will pass both pte_pv and pt_pv
3274                          * as NULL in that case.
3275                          */
3276                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva));
3277                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(info->sva));
3278                         if (pt_pv == NULL) {
3279                                 KKASSERT(pte_pv == NULL);
3280                                 pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(info->sva));
3281                                 if (pd_pv) {
3282                                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv,
3283                                                     pmap_pt_index(info->sva));
3284                                         if (*ptep) {
3285                                                 info->func(pmap, info,
3286                                                      NULL, pd_pv, 1,
3287                                                      info->sva, ptep,
3288                                                      info->arg);
3289                                         }
3290                                         pv_put(pd_pv);
3291                                 }
3292                                 goto fast_skip;
3293                         }
3294                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(info->sva));
3295                 }
3296
3297                 /*
3298                  * NOTE: *ptep can't be ripped out from under us if we hold
3299                  *       pte_pv locked, but bits can change.  However, there is
3300                  *       a race where another thread may be inserting pte_pv
3301                  *       and setting *ptep just after our pte_pv lookup fails.
3302                  *
3303                  *       In this situation we can end up with a NULL pte_pv
3304                  *       but find that we have a managed *ptep.  We explicitly
3305                  *       check for this race.
3306                  */
3307                 oldpte = *ptep;
3308                 cpu_ccfence();
3309                 if (oldpte == 0) {
3310                         /*
3311                          * Unlike the pv_find() case below we actually
3312                          * acquired a locked pv in this case so any
3313                          * race should have been resolved.  It is expected
3314                          * to not exist.
3315                          */
3316                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
3317                 } else if (pte_pv) {
3318                         KASSERT((oldpte & (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] |
3319                                            pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) ==
3320                                 (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] |
3321                                  pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]),
3322                             ("badA *ptep %016lx/%016lx sva %016lx pte_pv %p"
3323                              "generation %d/%d",
3324                             *ptep, oldpte, info->sva, pte_pv,
3325                             generation, pmap->pm_generation));
3326                         info->func(pmap, info, pte_pv, pt_pv, 0,
3327                                    info->sva, ptep, info->arg);
3328                 } else {
3329                         /*
3330                          * Check for insertion race
3331                          */
3332                         if ((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) &&
3333                             pt_pv) {
3334                                 pte_pv = pv_find(pmap,
3335                                                  pmap_pte_pindex(info->sva));
3336                                 if (pte_pv) {
3337                                         pv_drop(pte_pv);
3338                                         pv_put(pt_pv);
3339                                         kprintf("pmap_scan: RACE1 "
3340                                                 "%016jx, %016lx\n",
3341                                                 info->sva, oldpte);
3342                                         goto again;
3343                                 }
3344                         }
3345
3346                         /*
3347                          * Didn't race
3348                          */
3349                         KASSERT((oldpte & (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] |
3350                                            pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) ==
3351                             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX],
3352                             ("badB *ptep %016lx/%016lx sva %016lx pte_pv NULL"
3353                              "generation %d/%d",
3354                             *ptep, oldpte, info->sva,
3355                             generation, pmap->pm_generation));
3356                         info->func(pmap, info, NULL, pt_pv, 0,
3357                             info->sva, ptep, info->arg);
3358                 }
3359                 if (pt_pv)
3360                         pv_put(pt_pv);
3361 fast_skip:
3362                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3363                 return;
3364         }
3365
3366         /*
3367          * Nominal scan case, RB_SCAN() for PD pages and iterate from
3368          * there.
3369          */
3370         info->sva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->sva);
3371         info->eva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->eva + NBPDP - 1);
3372
3373         if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3374                 /*
3375                  * The kernel does not currently maintain any pv_entry's for
3376                  * higher-level page tables.
3377                  */
3378                 bzero(&dummy_pv, sizeof(dummy_pv));
3379                 dummy_pv.pv_pindex = info->sva_pd_pindex;
3380                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3381                 while (dummy_pv.pv_pindex < info->eva_pd_pindex) {
3382                         pmap_scan_callback(&dummy_pv, info);
3383                         ++dummy_pv.pv_pindex;
3384                 }
3385                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3386         } else {
3387                 /*
3388                  * User page tables maintain local PML4, PDP, and PD
3389                  * pv_entry's at the very least.  PT pv's might be
3390                  * unmanaged and thus not exist.  PTE pv's might be
3391                  * unmanaged and thus not exist.
3392                  */
3393                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3394                 pv_entry_rb_tree_RB_SCAN(&pmap->pm_pvroot,
3395                         pmap_scan_cmp, pmap_scan_callback, info);
3396                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3397         }
3398         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3399 }
3400
3401 /*
3402  * WARNING! pmap->pm_spin held
3403  */
3404 static int
3405 pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data)
3406 {
3407         struct pmap_scan_info *info = data;
3408         if (pv->pv_pindex < info->sva_pd_pindex)
3409                 return(-1);
3410         if (pv->pv_pindex >= info->eva_pd_pindex)
3411                 return(1);
3412         return(0);
3413 }
3414
3415 /*
3416  * WARNING! pmap->pm_spin held
3417  */
3418 static int
3419 pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data)
3420 {
3421         struct pmap_scan_info *info = data;
3422         struct pmap *pmap = info->pmap;
3423         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
3424         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
3425         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
3426         pt_entry_t *ptep;
3427         pt_entry_t oldpte;
3428         vm_offset_t sva;
3429         vm_offset_t eva;
3430         vm_offset_t va_next;
3431         vm_pindex_t pd_pindex;
3432         int error;
3433         int generation;
3434
3435         /*
3436          * Pull the PD pindex from the pv before releasing the spinlock.
3437          *
3438          * WARNING: pv is faked for kernel pmap scans.
3439          */
3440         pd_pindex = pv->pv_pindex;
3441         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3442         pv = NULL;      /* invalid after spinlock unlocked */
3443
3444         /*
3445          * Calculate the page range within the PD.  SIMPLE pmaps are
3446          * direct-mapped for the entire 2^64 address space.  Normal pmaps
3447          * reflect the user and kernel address space which requires
3448          * cannonicalization w/regards to converting pd_pindex's back
3449          * into addresses.
3450          */
3451         sva = (pd_pindex - NUPTE_TOTAL - NUPT_TOTAL) << PDPSHIFT;
3452         if ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) == 0 &&
3453             (sva & PML4_SIGNMASK)) {
3454                 sva |= PML4_SIGNMASK;
3455         }
3456         eva = sva + NBPDP;      /* can overflow */
3457         if (sva < info->sva)
3458                 sva = info->sva;
3459         if (eva < info->sva || eva > info->eva)
3460                 eva = info->eva;
3461
3462         /*
3463          * NOTE: kernel mappings do not track page table pages, only
3464          *       terminal pages.
3465          *
3466          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4.
3467          *       However, for the scan to be efficient we try to
3468          *       cache items top-down.
3469          */
3470         pd_pv = NULL;
3471         pt_pv = NULL;
3472
3473         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3474                 if (sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3475                         if (pt_pv) {
3476                                 pv_put(pt_pv);
3477                                 pt_pv = NULL;
3478                         }
3479                         goto kernel_skip;
3480                 }
3481
3482                 /*
3483                  * PD cache (degenerate case if we skip).  It is possible
3484                  * for the PD to not exist due to races.  This is ok.
3485                  */
3486                 if (pd_pv == NULL) {
3487                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3488                 } else if (pd_pv->pv_pindex != pmap_pd_pindex(sva)) {
3489                         pv_put(pd_pv);
3490                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3491                 }
3492                 if (pd_pv == NULL) {
3493                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3494                         if (va_next < sva)
3495                                 va_next = eva;
3496                         continue;
3497                 }
3498
3499                 /*
3500                  * PT cache
3501                  */
3502                 if (pt_pv == NULL) {
3503                         if (pd_pv) {
3504                                 pv_put(pd_pv);
3505                                 pd_pv = NULL;
3506                         }
3507                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
3508                 } else if (pt_pv->pv_pindex != pmap_pt_pindex(sva)) {
3509                         if (pd_pv) {
3510                                 pv_put(pd_pv);
3511                                 pd_pv = NULL;
3512                         }
3513                         pv_put(pt_pv);
3514                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
3515                 }
3516
3517                 /*
3518                  * If pt_pv is NULL we either have an shared page table
3519                  * page and must issue a callback specific to that case,
3520                  * or there is no page table page.
3521                  *
3522                  * Either way we can skip the page table page.
3523                  */
3524                 if (pt_pv == NULL) {
3525                         /*
3526                          * Possible unmanaged (shared from another pmap)
3527                          * page table page.
3528                          */
3529                         if (pd_pv == NULL)
3530                                 pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3531                         KKASSERT(pd_pv != NULL);
3532                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv, pmap_pt_index(sva));
3533                         if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
3534                                 info->func(pmap, info, NULL, pd_pv, 1,
3535                                            sva, ptep, info->arg);
3536                         }
3537
3538                         /*
3539                          * Done, move to next page table page.
3540                          */
3541                         va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3542                         if (va_next < sva)
3543                                 va_next = eva;
3544                         continue;
3545                 }
3546
3547                 /*
3548                  * From this point in the loop testing pt_pv for non-NULL
3549                  * means we are in UVM, else if it is NULL we are in KVM.
3550                  *
3551                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3552                  * by the current page table page, or to the end of the
3553                  * range being removed.
3554                  */
3555 kernel_skip:
3556                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3557                 if (va_next < sva)
3558                         va_next = eva;
3559                 if (va_next > eva)
3560                         va_next = eva;
3561
3562                 /*
3563                  * Scan the page table for pages.  Some pages may not be
3564                  * managed (might not have a pv_entry).
3565                  *
3566                  * There is no page table management for kernel pages so
3567                  * pt_pv will be NULL in that case, but otherwise pt_pv
3568                  * is non-NULL, locked, and referenced.
3569                  */
3570
3571                 /*
3572                  * At this point a non-NULL pt_pv means a UVA, and a NULL
3573                  * pt_pv means a KVA.
3574                  */
3575                 if (pt_pv)
3576                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(sva));
3577                 else
3578                         ptep = vtopte(sva);
3579
3580                 while (sva < va_next) {
3581                         /*
3582                          * Yield every 64 pages.
3583                          */
3584                         if ((++info->count & 63) == 0)
3585                                 lwkt_user_yield();
3586
3587                         /*
3588                          * Acquire the related pte_pv, if any.  If *ptep == 0
3589                          * the related pte_pv should not exist, but if *ptep
3590                          * is not zero the pte_pv may or may not exist (e.g.
3591                          * will not exist for an unmanaged page).
3592                          *
3593                          * However a multitude of races are possible here.
3594                          *
3595                          * In addition, the (pt_pv, pte_pv) lock order is
3596                          * backwards, so we have to be careful in aquiring
3597                          * a properly locked pte_pv.
3598                          */
3599                         generation = pmap->pm_generation;
3600                         if (pt_pv) {
3601                                 pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(sva),
3602                                                     &error);
3603                                 if (error) {
3604                                         if (pd_pv) {
3605                                                 pv_put(pd_pv);
3606                                                 pd_pv = NULL;
3607                                         }
3608                                         pv_put(pt_pv);   /* must be non-NULL */
3609                                         pt_pv = NULL;
3610                                         pv_lock(pte_pv); /* safe to block now */
3611                                         pv_put(pte_pv);
3612                                         pte_pv = NULL;
3613                                         pt_pv = pv_get(pmap,
3614                                                        pmap_pt_pindex(sva));
3615                                         /*
3616                                          * pt_pv reloaded, need new ptep
3617                                          */
3618                                         KKASSERT(pt_pv != NULL);
3619                                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv,
3620                                                         pmap_pte_index(sva));
3621                                         continue;
3622                                 }
3623                         } else {
3624                                 pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(sva));
3625                         }
3626
3627                         /*
3628                          * Ok, if *ptep == 0 we had better NOT have a pte_pv.
3629                          */
3630                         oldpte = *ptep;
3631                         if (oldpte == 0) {
3632                                 if (pte_pv) {
3633                                         kprintf("Unexpected non-NULL pte_pv "
3634                                                 "%p pt_pv %p "
3635                                                 "*ptep = %016lx/%016lx\n",
3636                                                 pte_pv, pt_pv, *ptep, oldpte);
3637                                         panic("Unexpected non-NULL pte_pv");
3638                                 }
3639                                 sva += PAGE_SIZE;
3640                                 ++ptep;
3641                                 continue;
3642                         }
3643
3644                         /*
3645                          * Ready for the callback.  The locked pte_pv (if any)
3646                          * is consumed by the callback.  pte_pv will exist if
3647                          *  the page is managed, and will not exist if it
3648                          * isn't.
3649                          */
3650                         if (pte_pv) {
3651                                 KASSERT((oldpte & (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) ==
3652                                     (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]),
3653                                     ("badC *ptep %016lx/%016lx sva %016lx "
3654                                     "pte_pv %p pm_generation %d/%d",
3655                                     *ptep, oldpte, sva, pte_pv,
3656                                     generation, pmap->pm_generation));
3657                                 info->func(pmap, info, pte_pv, pt_pv, 0,
3658                                     sva, ptep, info->arg);
3659                         } else {
3660                                 /*
3661                                  * Check for insertion race.  Since there is no
3662                                  * pte_pv to guard us it is possible for us
3663                                  * to race another thread doing an insertion.
3664                                  * Our lookup misses the pte_pv but our *ptep
3665                                  * check sees the inserted pte.
3666                                  *
3667                                  * XXX panic case seems to occur within a
3668                                  * vm_fork() of /bin/sh, which frankly
3669                                  * shouldn't happen since no other threads
3670                                  * should be inserting to our pmap in that
3671                                  * situation.  Removing, possibly.  Inserting,
3672                                  * shouldn't happen.
3673                                  */
3674                                 if ((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) &&
3675                                     pt_pv) {
3676                                         pte_pv = pv_find(pmap,
3677                                                          pmap_pte_pindex(sva));
3678                                         if (pte_pv) {
3679                                                 pv_drop(pte_pv);
3680                                                 kprintf("pmap_scan: RACE2 "
3681                                                         "%016jx, %016lx\n",
3682                                                         sva, oldpte);
3683                                                 continue;
3684                                         }
3685                                 }
3686
3687                                 /*
3688                                  * Didn't race
3689                                  */
3690                                 KASSERT((oldpte & (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) ==
3691                                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX],
3692                                     ("badD *ptep %016lx/%016lx sva %016lx "
3693                                     "pte_pv NULL pm_generation %d/%d",
3694                                      *ptep, oldpte, sva,
3695                                      generation, pmap->pm_generation));
3696                                 info->func(pmap, info, NULL, pt_pv, 0,
3697                                     sva, ptep, info->arg);
3698                         }
3699                         pte_pv = NULL;
3700                         sva += PAGE_SIZE;
3701                         ++ptep;
3702                 }
3703         }
3704         if (pd_pv) {
3705                 pv_put(pd_pv);
3706                 pd_pv = NULL;
3707         }
3708         if (pt_pv) {
3709                 pv_put(pt_pv);
3710                 pt_pv = NULL;
3711         }
3712         if ((++info->count & 7) == 0)
3713                 lwkt_user_yield();
3714
3715         /*
3716          * Relock before returning.
3717          */
3718         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3719         return (0);
3720 }
3721
3722 void
3723 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3724 {
3725         struct pmap_scan_info info;
3726
3727         info.pmap = pmap;
3728         info.sva = sva;
3729         info.eva = eva;
3730         info.func = pmap_remove_callback;
3731         info.arg = NULL;
3732         info.dosmp = 1;         /* normal remove requires pmap inval */
3733         pmap_scan(&info);
3734 }
3735
3736 static void
3737 pmap_remove_noinval(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3738 {
3739         struct pmap_scan_info info;
3740
3741         info.pmap = pmap;
3742         info.sva = sva;
3743         info.eva = eva;
3744         info.func = pmap_remove_callback;
3745         info.arg = NULL;
3746         info.dosmp = 0;         /* do not synchronize w/other cpus */
3747         pmap_scan(&info);
3748 }
3749
3750 static void
3751 pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
3752                      pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
3753                      vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
3754 {
3755         pt_entry_t pte;
3756
3757         if (pte_pv) {
3758                 /*
3759                  * This will also drop pt_pv's wire_count. Note that
3760                  * terminal pages are not wired based on mmu presence.
3761                  */
3762                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, info->dosmp);
3763                 pmap_remove_pv_page(pte_pv);
3764                 pv_free(pte_pv);
3765         } else if (sharept == 0) {
3766                 /*
3767                  * Unmanaged page table (pt, pd, or pdp. Not pte).
3768                  *
3769                  * pt_pv's wire_count is still bumped by unmanaged pages
3770                  * so we must decrement it manually.
3771                  *
3772                  * We have to unwire the target page table page.
3773                  *
3774                  * It is unclear how we can invalidate a segment so we
3775                  * invalidate -1 which invlidates the tlb.
3776                  */
3777                 if (info->dosmp)
3778                         pte = pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, ptep, 0);
3779                 else
3780                         pte = pte_load_clear(ptep);
3781                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
3782                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
3783                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3784                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3785                         panic("pmap_remove: insufficient wirecount");
3786         } else {
3787                 /*
3788                  * Unmanaged page table (pt, pd, or pdp. Not pte) for
3789                  * a shared page table.
3790                  *
3791                  * pt_pv is actually the pd_pv for our pmap (not the shared
3792                  * object pmap).
3793                  *
3794                  * We have to unwire the target page table page and we
3795                  * have to unwire our page directory page.
3796                  *
3797                  * It is unclear how we can invalidate a segment so we
3798                  * invalidate -1 which invlidates the tlb.
3799                  */
3800                 if (info->dosmp)
3801                         pte = pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, ptep, 0);
3802                 else
3803                         pte = pte_load_clear(ptep);
3804                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3805                 KKASSERT((pte & pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX]) == 0);
3806                 if (vm_page_unwire_quick(PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME)))
3807                         panic("pmap_remove: shared pgtable1 bad wirecount");
3808                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3809                         panic("pmap_remove: shared pgtable2 bad wirecount");
3810         }
3811 }
3812
3813 /*
3814  * Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
3815  * Reflects back modify bits to the pager.
3816  *
3817  * This routine may not be called from an interrupt.
3818  */
3819 static
3820 void
3821 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3822 {
3823         pv_entry_t pv;
3824
3825         if (!pmap_initialized /* || (m->flags & PG_FICTITIOUS)*/)
3826                 return;
3827
3828         vm_page_spin_lock(m);
3829         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3830                 KKASSERT(pv->pv_m == m);
3831                 if (pv_hold_try(pv)) {
3832                         vm_page_spin_unlock(m);
3833                 } else {
3834                         vm_page_spin_unlock(m);
3835                         pv_lock(pv);
3836                 }
3837                 if (pv->pv_m != m) {
3838                         pv_put(pv);
3839                         vm_page_spin_lock(m);
3840                         continue;
3841                 }
3842
3843                 /*
3844                  * Holding no spinlocks, pv is locked.
3845                  */
3846                 pmap_remove_pv_pte(pv, NULL, 1);
3847                 pmap_remove_pv_page(pv);
3848                 pv_free(pv);
3849                 vm_page_spin_lock(m);
3850         }
3851         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
3852         vm_page_spin_unlock(m);
3853 }
3854
3855 /*
3856  * Set the physical protection on the specified range of this map
3857  * as requested.  This function is typically only used for debug watchpoints
3858  * and COW pages.
3859  *
3860  * This function may not be called from an interrupt if the map is
3861  * not the kernel_pmap.
3862  *
3863  * NOTE!  For shared page table pages we just unmap the page.
3864  */
3865 void
3866 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3867 {
3868         struct pmap_scan_info info;
3869         /* JG review for NX */
3870
3871         if (pmap == NULL)
3872                 return;
3873         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3874                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3875                 return;
3876         }
3877         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3878                 return;
3879         info.pmap = pmap;
3880         info.sva = sva;
3881         info.eva = eva;
3882         info.func = pmap_protect_callback;
3883         info.arg = &prot;
3884         info.dosmp = 1;
3885         pmap_scan(&info);
3886 }
3887
3888 static
3889 void
3890 pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
3891                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
3892                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
3893 {
3894         pt_entry_t pbits;
3895         pt_entry_t cbits;
3896         pt_entry_t pte;
3897         vm_page_t m;
3898
3899 again:
3900         pbits = *ptep;
3901         cbits = pbits;
3902         if (pte_pv) {
3903                 m = NULL;
3904                 if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]) {
3905                         if ((pbits & pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX]) == 0) {
3906                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3907                                 KKASSERT(m == pte_pv->pv_m);
3908                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3909                         }
3910                         cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
3911                 }
3912                 if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]) {
3913                         if (pmap_track_modified(pte_pv->pv_pindex)) {
3914                                 if ((pbits & pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX]) == 0) {
3915                                         if (m == NULL) {
3916                                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits &
3917                                                                     PG_FRAME);
3918                                         }
3919                                         vm_page_dirty(m);
3920                                 }
3921                                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
3922                         }
3923                 }
3924         } else if (sharept) {
3925                 /*
3926                  * Unmanaged page table, pt_pv is actually the pd_pv
3927                  * for our pmap (not the object's shared pmap).
3928                  *
3929                  * When asked to protect something in a shared page table
3930                  * page we just unmap the page table page.  We have to
3931                  * invalidate the tlb in this situation.
3932                  *
3933                  * XXX Warning, shared page tables will not be used for
3934                  * OBJT_DEVICE or OBJT_MGTDEVICE (PG_FICTITIOUS) mappings
3935                  * so PHYS_TO_VM_PAGE() should be safe here.
3936                  */
3937                 pte = pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, ptep, 0);
3938                 if (vm_page_unwire_quick(PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME)))
3939                         panic("pmap_protect: pgtable1 pg bad wirecount");
3940                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3941                         panic("pmap_protect: pgtable2 pg bad wirecount");
3942                 ptep = NULL;
3943         }
3944         /* else unmanaged page, adjust bits, no wire changes */
3945
3946         if (ptep) {
3947                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX];
3948 #ifdef PMAP_DEBUG2
3949                 if (pmap_enter_debug > 0) {
3950                         --pmap_enter_debug;
3951                         kprintf("pmap_protect va=%lx ptep=%p pte_pv=%p "
3952                                 "pt_pv=%p cbits=%08lx\n",
3953                                 va, ptep, pte_pv,
3954                                 pt_pv, cbits
3955                         );
3956                 }
3957 #endif
3958                 if (pbits != cbits) {
3959                         if (!pmap_inval_smp_cmpset(pmap, (vm_offset_t)-1,
3960                                                    ptep, pbits, cbits)) {
3961                                 goto again;
3962                         }
3963                 }
3964         }
3965         if (pte_pv)
3966                 pv_put(pte_pv);
3967 }
3968
3969 /*
3970  * Insert the vm_page (m) at the virtual address (va), replacing any prior
3971  * mapping at that address.  Set protection and wiring as requested.
3972  *
3973  * If entry is non-NULL we check to see if the SEG_SIZE optimization is
3974  * possible.  If it is we enter the page into the appropriate shared pmap
3975  * hanging off the related VM object instead of the passed pmap, then we
3976  * share the page table page from the VM object's pmap into the current pmap.
3977  *
3978  * NOTE: This routine MUST insert the page into the pmap now, it cannot
3979  *       lazy-evaluate.
3980  */
3981 void
3982 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3983            boolean_t wired, vm_map_entry_t entry)
3984 {
3985         pv_entry_t pt_pv;       /* page table */
3986         pv_entry_t pte_pv;      /* page table entry */
3987         pt_entry_t *ptep;
3988         vm_paddr_t opa;
3989         pt_entry_t origpte, newpte;
3990         vm_paddr_t pa;
3991
3992         if (pmap == NULL)
3993                 return;
3994         va = trunc_page(va);
3995 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
3996         if (va >= KvaEnd)
3997                 panic("pmap_enter: toobig");
3998         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
3999                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table "
4000                       "pages (va: 0x%lx)", va);
4001 #endif
4002         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
4003                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with "
4004                         "kernel_pmap\n");
4005 #ifdef DDB
4006                 db_print_backtrace();
4007 #endif
4008         }
4009         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
4010                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without"
4011                         "kernel_pmap\n");
4012 #ifdef DDB
4013                 db_print_backtrace();
4014 #endif
4015         }
4016
4017         /*
4018          * Get locked PV entries for our new page table entry (pte_pv)
4019          * and for its parent page table (pt_pv).  We need the parent
4020          * so we can resolve the location of the ptep.
4021          *
4022          * Only hardware MMU actions can modify the ptep out from
4023          * under us.
4024          *
4025          * if (m) is fictitious or unmanaged we do not create a managing
4026          * pte_pv for it.  Any pre-existing page's management state must
4027          * match (avoiding code complexity).
4028          *
4029          * If the pmap is still being initialized we assume existing
4030          * page tables.
4031          *
4032          * Kernel mapppings do not track page table pages (i.e. pt_pv).
4033          */
4034         if (pmap_initialized == FALSE) {
4035                 pte_pv = NULL;
4036                 pt_pv = NULL;
4037                 ptep = vtopte(va);
4038                 origpte = *ptep;
4039         } else if (m->flags & (/*PG_FICTITIOUS |*/ PG_UNMANAGED)) { /* XXX */
4040                 pte_pv = NULL;
4041                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4042                         pt_pv = NULL;
4043                         ptep = vtopte(va);
4044                 } else {
4045                         pt_pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pt_pindex(va),
4046                                                   NULL, entry, va);
4047                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
4048                 }
4049                 origpte = *ptep;
4050                 cpu_ccfence();
4051                 KASSERT(origpte == 0 ||
4052                          (origpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0,
4053                          ("Invalid PTE 0x%016jx @ 0x%016jx\n", origpte, va));
4054         } else {
4055                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4056                         /*
4057                          * Kernel map, pv_entry-tracked.
4058                          */
4059                         pt_pv = NULL;
4060                         pte_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pte_pindex(va), NULL);
4061                         ptep = vtopte(va);
4062                 } else {
4063                         /*
4064                          * User map
4065                          */
4066                         pte_pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pte_pindex(va),
4067                                                    &pt_pv, entry, va);
4068                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
4069                 }
4070                 origpte = *ptep;
4071                 cpu_ccfence();
4072                 KASSERT(origpte == 0 ||
4073                          (origpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]),
4074                          ("Invalid PTE 0x%016jx @ 0x%016jx\n", origpte, va));
4075         }
4076
4077         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4078         opa = origpte & PG_FRAME;
4079
4080         newpte = (pt_entry_t)(pa | pte_prot(pmap, prot) |
4081                  pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
4082         if (wired)
4083                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_W_IDX];
4084         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
4085                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
4086         if (pte_pv)
4087                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX];
4088 //      if (pmap == &kernel_pmap)
4089 //              newpte |= pgeflag;
4090         newpte |= pmap->pmap_cache_bits[m->pat_mode];
4091         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
4092                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX];
4093
4094         /*
4095          * It is possible for multiple faults to occur in threaded
4096          * environments, the existing pte might be correct.
4097          */
4098         if (((origpte ^ newpte) & ~(pt_entry_t)(pmap->pmap_bits[PG_M_IDX] |
4099             pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])) == 0)
4100                 goto done;
4101
4102         /*
4103          * Ok, either the address changed or the protection or wiring
4104          * changed.
4105          *
4106          * Clear the current entry, interlocking the removal.  For managed
4107          * pte's this will also flush the modified state to the vm_page.
4108          * Atomic ops are mandatory in order to ensure that PG_M events are
4109          * not lost during any transition.
4110          *
4111          * WARNING: The caller has busied the new page but not the original
4112          *          vm_page which we are trying to replace.  Because we hold
4113          *          the pte_pv lock, but have not busied the page, PG bits
4114          *          can be cleared out from under us.
4115          */
4116         if (opa) {
4117                 if (pte_pv) {
4118                         /*
4119                          * pmap_remove_pv_pte() unwires pt_pv and assumes
4120                          * we will free pte_pv, but since we are reusing
4121                          * pte_pv we want to retain the wire count.
4122                          *
4123                          * pt_pv won't exist for a kernel page (managed or
4124                          * otherwise).
4125                          */
4126                         if (pt_pv)
4127                                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
4128                         if (prot & VM_PROT_NOSYNC)
4129                                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, 0);
4130                         else
4131                                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, 1);
4132                         if (pte_pv->pv_m)
4133                                 pmap_remove_pv_page(pte_pv);
4134                 } else if (prot & VM_PROT_NOSYNC) {
4135                         /*
4136                          * Unmanaged page, NOSYNC (no mmu sync) requested.
4137                          *
4138                          * Leave wire count on PT page intact.
4139                          */
4140                         (void)pte_load_clear(ptep);
4141                         cpu_invlpg((void *)va);
4142                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
4143                 } else {
4144                         /*
4145                          * Unmanaged page, normal enter.
4146                          *
4147                          * Leave wire count on PT page intact.
4148                          */
4149                         pmap_inval_smp(pmap, va, ptep, 0);
4150                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
4151                 }
4152                 KKASSERT(*ptep == 0);
4153         }
4154
4155 #ifdef PMAP_DEBUG2
4156         if (pmap_enter_debug > 0) {
4157                 --pmap_enter_debug;
4158                 kprintf("pmap_enter: va=%lx m=%p origpte=%lx newpte=%lx ptep=%p"
4159                         " pte_pv=%p pt_pv=%p opa=%lx prot=%02x\n",
4160                         va, m,
4161                         origpte, newpte, ptep,
4162                         pte_pv, pt_pv, opa, prot);
4163         }
4164 #endif
4165
4166         if (pte_pv) {
4167                 /*
4168                  * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4169                  * Wiring of the PT page is already handled.
4170                  */
4171                 KKASSERT(pte_pv->pv_m == NULL);
4172                 vm_page_spin_lock(m);
4173                 pte_pv->pv_m = m;
4174                 pmap_page_stats_adding(m);
4175                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pte_pv, pv_list);
4176                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
4177                 vm_page_spin_unlock(m);
4178         } else if (pt_pv && opa == 0) {
4179                 /*
4180                  * We have to adjust the wire count on the PT page ourselves
4181                  * for unmanaged entries.  If opa was non-zero we retained
4182                  * the existing wire count from the removal.
4183                  */
4184                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
4185         }
4186
4187         /*
4188          * Kernel VMAs (pt_pv == NULL) require pmap invalidation interlocks.
4189          *
4190          * User VMAs do not because those will be zero->non-zero, so no
4191          * stale entries to worry about at this point.
4192          *
4193          * For KVM there appear to still be issues.  Theoretically we
4194          * should be able to scrap the interlocks entirely but we
4195          * get crashes.
4196          */
4197         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0 && pt_pv == NULL) {
4198                 pmap_inval_smp(pmap, va, ptep, newpte);
4199         } else {
4200                 *(volatile pt_entry_t *)ptep = newpte;
4201                 if (pt_pv == NULL)
4202                         cpu_invlpg((void *)va);
4203         }
4204
4205         if (wired) {
4206                 if (pte_pv) {
4207                         atomic_add_long(&pte_pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count,
4208                                         1);
4209                 } else {
4210                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, 1);
4211                 }
4212         }
4213         if (newpte & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX])
4214                 vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
4215
4216         /*
4217          * Unmanaged pages need manual resident_count tracking.
4218          */
4219         if (pte_pv == NULL && pt_pv)
4220                 atomic_add_long(&pt_pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count, 1);
4221
4222         /*
4223          * Cleanup
4224          */
4225 done:
4226         KKASSERT((newpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0 ||
4227                  (m->flags & PG_MAPPED));
4228
4229         /*
4230          * Cleanup the pv entry, allowing other accessors.
4231          */
4232         if (pte_pv)
4233                 pv_put(pte_pv);
4234         if (pt_pv)
4235                 pv_put(pt_pv);
4236 }
4237
4238 /*
4239  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
4240  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
4241  * VA.
4242  *
4243  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
4244  */
4245 void
4246 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
4247 {
4248         pmap_enter(pmap, va, m, VM_PROT_READ, FALSE, NULL);
4249 }
4250
4251 /*
4252  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4253  * to be used for panic dumps.
4254  *
4255  * The caller is responsible for calling smp_invltlb().
4256  */
4257 void *
4258 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
4259 {
4260         pmap_kenter_quick((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
4261         return ((void *)crashdumpmap);
4262 }
4263
4264 #define MAX_INIT_PT (96)
4265
4266 /*
4267  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
4268  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
4269  * immediately after an mmap.
4270  */
4271 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
4272
4273 void
4274 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
4275                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
4276                     vm_size_t size, int limit)
4277 {
4278         struct rb_vm_page_scan_info info;
4279         struct lwp *lp;
4280         vm_size_t psize;
4281
4282         /*
4283          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
4284          * or object.
4285          */
4286         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
4287                 return;
4288
4289         /*
4290          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
4291          */
4292         lp = curthread->td_lwp;
4293         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
4294                 return;
4295
4296         /*
4297          * Misc additional checks
4298          */
4299         psize = x86_64_btop(size);
4300
4301         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
4302                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
4303                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
4304                 return;
4305         }
4306
4307         if (pindex + psize > object->size) {
4308                 if (object->size < pindex)
4309                         return;
4310                 psize = object->size - pindex;
4311         }
4312
4313         if (psize == 0)
4314                 return;
4315
4316         /*
4317          * If everything is segment-aligned do not pre-init here.  Instead
4318          * allow the normal vm_fault path to pass a segment hint to
4319          * pmap_enter() which will then use an object-referenced shared
4320          * page table page.
4321          */
4322         if ((addr & SEG_MASK) == 0 &&
4323             (ctob(psize) & SEG_MASK) == 0 &&
4324             (ctob(pindex) & SEG_MASK) == 0) {
4325                 return;
4326         }
4327
4328         /*
4329          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
4330          * any valid pages found into the pmap.
4331          *
4332          * We cannot safely scan the object's memq without holding the
4333          * object token.
4334          */
4335         info.start_pindex = pindex;
4336         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
4337         info.limit = limit;
4338         info.mpte = NULL;
4339         info.addr = addr;
4340         info.pmap = pmap;
4341
4342         vm_object_hold_shared(object);
4343         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
4344                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
4345         vm_object_drop(object);
4346 }
4347
4348 static
4349 int
4350 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
4351 {
4352         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
4353         vm_pindex_t rel_index;
4354
4355         /*
4356          * don't allow an madvise to blow away our really
4357          * free pages allocating pv entries.
4358          */
4359         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
4360                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
4361                     return(-1);
4362         }
4363
4364         /*
4365          * Ignore list markers and ignore pages we cannot instantly
4366          * busy (while holding the object token).
4367          */
4368         if (p->flags & PG_MARKER)
4369                 return 0;
4370         if (vm_page_busy_try(p, TRUE))
4371                 return 0;
4372         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
4373             (p->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4374                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
4375                         vm_page_deactivate(p);
4376                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
4377                 pmap_enter_quick(info->pmap,
4378                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
4379         }
4380         vm_page_wakeup(p);
4381         lwkt_yield();
4382         return(0);
4383 }
4384
4385 /*
4386  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially pre-fault the specified
4387  * address.
4388  *
4389  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a pte is already loaded
4390  * into the slot.
4391  *
4392  * XXX This is safe only because page table pages are not freed.
4393  */
4394 int
4395 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4396 {
4397         pt_entry_t *pte;
4398
4399         /*spin_lock(&pmap->pm_spin);*/
4400         if ((pte = pmap_pte(pmap, addr)) != NULL) {
4401                 if (*pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
4402                         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
4403                         return FALSE;
4404                 }
4405         }
4406         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
4407         return TRUE;
4408 }
4409
4410 /*
4411  * Change the wiring attribute for a pmap/va pair.  The mapping must already
4412  * exist in the pmap.  The mapping may or may not be managed.
4413  */
4414 void
4415 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired,
4416                    vm_map_entry_t entry)
4417 {
4418         pt_entry_t *ptep;
4419         pv_entry_t pv;
4420
4421         if (pmap == NULL)
4422                 return;
4423         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
4424         pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL, entry, va);
4425         ptep = pv_pte_lookup(pv, pmap_pte_index(va));
4426
4427         if (wired && !pmap_pte_w(pmap, ptep))
4428                 atomic_add_long(&pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count, 1);
4429         else if (!wired && pmap_pte_w(pmap, ptep))
4430                 atomic_add_long(&pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count, -1);
4431
4432         /*
4433          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4434          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
4435          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using
4436          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
4437          * wiring changes.
4438          */
4439         if (wired)
4440                 atomic_set_long(ptep, pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]);
4441         else
4442                 atomic_clear_long(ptep, pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]);
4443         pv_put(pv);
4444         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
4445 }
4446
4447
4448
4449 /*
4450  * Copy the range specified by src_addr/len from the source map to
4451  * the range dst_addr/len in the destination map.
4452  *
4453  * This routine is only advisory and need not do anything.
4454  */
4455 void
4456 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
4457           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4458 {
4459 }
4460
4461 /*
4462  * pmap_zero_page:
4463  *
4464  *      Zero the specified physical page.
4465  *
4466  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
4467  *      required.
4468  */
4469 void
4470 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
4471 {
4472         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
4473
4474         pagezero((void *)va);
4475 }
4476
4477 /*
4478  * pmap_page_assertzero:
4479  *
4480  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
4481  */
4482 void
4483 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
4484 {
4485         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
4486         size_t i;
4487
4488         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
4489                 if (*(long *)((char *)va + i) != 0) {
4490                         panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!",
4491                               (void *)(intptr_t)va);
4492                 }
4493         }
4494 }
4495
4496 /*
4497  * pmap_zero_page:
4498  *
4499  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
4500  *      its contents with bzero.
4501  *
4502  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4503  */
4504 void
4505 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
4506 {
4507         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
4508
4509         bzero((char *)virt + off, size);
4510 }
4511
4512 /*
4513  * pmap_copy_page:
4514  *
4515  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
4516  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
4517  *      is required.
4518  */
4519 void
4520 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
4521 {
4522         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
4523
4524         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
4525         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
4526         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
4527 }
4528
4529 /*
4530  * pmap_copy_page_frag:
4531  *
4532  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
4533  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
4534  *      is required.
4535  */
4536 void
4537 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
4538 {
4539         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
4540
4541         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
4542         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
4543
4544         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
4545               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
4546               bytes);
4547 }
4548
4549 /*
4550  * Returns true if the pmap's pv is one of the first 16 pvs linked to from
4551  * this page.  This count may be changed upwards or downwards in the future;
4552  * it is only necessary that true be returned for a small subset of pmaps
4553  * for proper page aging.
4554  */
4555 boolean_t
4556 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4557 {
4558         pv_entry_t pv;
4559         int loops = 0;
4560
4561         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4562                 return FALSE;
4563
4564         vm_page_spin_lock(m);
4565         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4566                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
4567                         vm_page_spin_unlock(m);
4568                         return TRUE;
4569                 }
4570                 loops++;
4571                 if (loops >= 16)
4572                         break;
4573         }
4574         vm_page_spin_unlock(m);
4575         return (FALSE);
4576 }
4577
4578 /*
4579  * Remove all pages from specified address space this aids process exit
4580  * speeds.  Also, this code may be special cased for the current process
4581  * only.
4582  */
4583 void
4584 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4585 {
4586         pmap_remove_noinval(pmap, sva, eva);
4587         cpu_invltlb();
4588 }
4589
4590 /*
4591  * pmap_testbit tests bits in pte's note that the testbit/clearbit
4592  * routines are inline, and a lot of things compile-time evaluate.
4593  */
4594 static
4595 boolean_t
4596 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
4597 {
4598         pv_entry_t pv;
4599         pt_entry_t *pte;
4600         pmap_t pmap;
4601
4602         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4603                 return FALSE;
4604
4605         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
4606                 return FALSE;
4607         vm_page_spin_lock(m);
4608         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL) {
4609                 vm_page_spin_unlock(m);
4610                 return FALSE;
4611         }
4612
4613         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4614
4615 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4616                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
4617                         kprintf("Null pmap (tb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4618                             pv->pv_pindex);
4619                         continue;
4620                 }
4621 #endif
4622                 pmap = pv->pv_pmap;
4623
4624                 /*
4625                  * If the bit being tested is the modified bit, then
4626                  * mark clean_map and ptes as never
4627                  * modified.
4628                  *
4629                  * WARNING!  Because we do not lock the pv, *pte can be in a
4630                  *           state of flux.  Despite this the value of *pte
4631                  *           will still be related to the vm_page in some way
4632                  *           because the pv cannot be destroyed as long as we
4633                  *           hold the vm_page spin lock.
4634                  */
4635                 if (bit == PG_A_IDX || bit == PG_M_IDX) {
4636                                 //& (pmap->pmap_bits[PG_A_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])) {
4637                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4638                                 continue;
4639                 }
4640
4641                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4642                 if (*pte & pmap->pmap_bits[bit]) {
4643                         vm_page_spin_unlock(m);
4644                         return TRUE;
4645                 }
4646         }
4647         vm_page_spin_unlock(m);
4648         return (FALSE);
4649 }
4650
4651 /*
4652  * This routine is used to modify bits in ptes.  Only one bit should be
4653  * specified.  PG_RW requires special handling.
4654  *
4655  * Caller must NOT hold any spin locks
4656  */
4657 static __inline
4658 void
4659 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit_index)
4660 {
4661         pv_entry_t pv;
4662         pt_entry_t *pte;
4663         pt_entry_t pbits;
4664         pmap_t pmap;
4665
4666         if (bit_index == PG_RW_IDX)
4667                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
4668         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
4669                 return;
4670         }
4671
4672         /*
4673          * PG_M or PG_A case
4674          *
4675          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
4676          * setting RO do we need to clear the VAC?
4677          *
4678          * NOTE: When clearing PG_M we could also (not implemented) drop
4679          *       through to the PG_RW code and clear PG_RW too, forcing
4680          *       a fault on write to redetect PG_M for virtual kernels, but
4681          *       it isn't necessary since virtual kernels invalidate the
4682          *       pte when they clear the VPTE_M bit in their virtual page
4683          *       tables.
4684          *
4685          * NOTE: Does not re-dirty the page when clearing only PG_M.
4686          *
4687          * NOTE: Because we do not lock the pv, *pte can be in a state of
4688          *       flux.  Despite this the value of *pte is still somewhat
4689          *       related while we hold the vm_page spin lock.
4690          *
4691          *       *pte can be zero due to this race.  Since we are clearing
4692          *       bits we basically do no harm when this race  ccurs.
4693          */
4694         if (bit_index != PG_RW_IDX) {
4695                 vm_page_spin_lock(m);
4696                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4697 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4698                         if (pv->pv_pmap == NULL) {
4699                                 kprintf("Null pmap (cb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4700                                     pv->pv_pindex);
4701                                 continue;
4702                         }
4703 #endif
4704                         pmap = pv->pv_pmap;
4705                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap,
4706                                              pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4707                         pbits = *pte;
4708                         if (pbits & pmap->pmap_bits[bit_index])
4709                                 atomic_clear_long(pte, pmap->pmap_bits[bit_index]);
4710                 }
4711                 vm_page_spin_unlock(m);
4712                 return;
4713         }
4714
4715         /*
4716          * Clear PG_RW.  Also clears PG_M and marks the page dirty if PG_M
4717          * was set.
4718          */
4719 restart:
4720         vm_page_spin_lock(m);
4721         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4722                 /*
4723                  * don't write protect pager mappings
4724                  */
4725                 if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4726                         continue;
4727
4728 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4729                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
4730                         kprintf("Null pmap (cb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4731                             pv->pv_pindex);
4732                         continue;
4733                 }
4734 #endif
4735                 pmap = pv->pv_pmap;
4736                 /*
4737                  * Skip pages which do not have PG_RW set.
4738                  */
4739                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4740                 if ((*pte & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX]) == 0)
4741                         continue;
4742
4743                 /*
4744                  * Lock the PV
4745                  */
4746                 if (pv_hold_try(pv)) {
4747                         vm_page_spin_unlock(m);
4748                 } else {
4749                         vm_page_spin_unlock(m);
4750                         pv_lock(pv);    /* held, now do a blocking lock */
4751                 }
4752                 if (pv->pv_pmap != pmap || pv->pv_m != m) {
4753                         pv_put(pv);     /* and release */
4754                         goto restart;   /* anything could have happened */
4755                 }
4756                 KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap);
4757                 for (;;) {
4758                         pt_entry_t nbits;
4759
4760                         pbits = *pte;
4761                         cpu_ccfence();
4762                         nbits = pbits & ~(pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
4763                                           pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]);
4764                         if (pmap_inval_smp_cmpset(pmap,
4765                                      ((vm_offset_t)pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT),
4766                                      pte, pbits, nbits)) {
4767                                 break;
4768                         }
4769                         cpu_pause();
4770                 }
4771                 vm_page_spin_lock(m);
4772
4773                 /*
4774                  * If PG_M was found to be set while we were clearing PG_RW
4775                  * we also clear PG_M (done above) and mark the page dirty.
4776                  * Callers expect this behavior.
4777                  */
4778                 if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4779                         vm_page_dirty(m);
4780                 pv_put(pv);
4781         }
4782         vm_page_spin_unlock(m);
4783 }
4784
4785 /*
4786  * Lower the permission for all mappings to a given page.
4787  *
4788  * Page must be busied by caller.  Because page is busied by caller this
4789  * should not be able to race a pmap_enter().
4790  */
4791 void
4792 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4793 {
4794         /* JG NX support? */
4795         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4796                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
4797                         /*
4798                          * NOTE: pmap_clearbit(.. PG_RW) also clears
4799                          *       the PG_WRITEABLE flag in (m).
4800                          */
4801                         pmap_clearbit(m, PG_RW_IDX);
4802                 } else {
4803                         pmap_remove_all(m);
4804                 }
4805         }
4806 }
4807
4808 vm_paddr_t
4809 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
4810 {
4811         return (x86_64_ptob(ppn));
4812 }
4813
4814 /*
4815  * Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4816  * It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4817  * is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4818  * reference bits set.
4819  *
4820  * XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4821  * should be tested and standardized at some point in the future for
4822  * optimal aging of shared pages.
4823  *
4824  * This routine may not block.
4825  */
4826 int
4827 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4828 {
4829         pv_entry_t pv;
4830         pt_entry_t *pte;
4831         pmap_t pmap;
4832         int rtval = 0;
4833
4834         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4835                 return (rtval);
4836
4837         vm_page_spin_lock(m);
4838         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4839                 if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4840                         continue;
4841                 pmap = pv->pv_pmap;
4842                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4843                 if (pte && (*pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])) {
4844                         atomic_clear_long(pte, pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
4845                         rtval++;
4846                         if (rtval > 4)
4847                                 break;
4848                 }
4849         }
4850         vm_page_spin_unlock(m);
4851         return (rtval);
4852 }
4853
4854 /*
4855  *      pmap_is_modified:
4856  *
4857  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4858  *      in any physical maps.
4859  */
4860 boolean_t
4861 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4862 {
4863         boolean_t res;
4864
4865         res = pmap_testbit(m, PG_M_IDX);
4866         return (res);
4867 }
4868
4869 /*
4870  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4871  */
4872 void
4873 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4874 {
4875         pmap_clearbit(m, PG_M_IDX);
4876 }
4877
4878 /*
4879  *      pmap_clear_reference:
4880  *
4881  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4882  */
4883 void
4884 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4885 {
4886         pmap_clearbit(m, PG_A_IDX);
4887 }
4888
4889 /*
4890  * Miscellaneous support routines follow
4891  */
4892
4893 static
4894 void
4895 i386_protection_init(void)
4896 {
4897         int *kp, prot;
4898
4899         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
4900         kp = protection_codes;
4901         for (prot = 0; prot < PROTECTION_CODES_SIZE; prot++) {
4902                 switch (prot) {
4903                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
4904                         /*
4905                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
4906                          * so just make it readable.
4907                          */
4908                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
4909                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
4910                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
4911                         *kp++ = 0;
4912                         break;
4913                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
4914                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
4915                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
4916                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
4917                         *kp++ = pmap_bits_default[PG_RW_IDX];
4918                         break;
4919                 }
4920         }
4921 }
4922
4923 /*
4924  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4925  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4926  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4927  * NOT real memory.
4928  *
4929  * NOTE: We can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
4930  *       a time.
4931  *
4932  * NOTE: The PAT attributes {WRITE_BACK, WRITE_THROUGH, UNCACHED, UNCACHEABLE}
4933  *       work whether the cpu supports PAT or not.  The remaining PAT
4934  *       attributes {WRITE_PROTECTED, WRITE_COMBINING} only work if the cpu
4935  *       supports PAT.
4936  */
4937 void *
4938 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4939 {
4940         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4941 }
4942
4943 void *
4944 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4945 {
4946         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
4947 }
4948
4949 void *
4950 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4951 {
4952         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4953 }
4954
4955 /*
4956  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4957  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4958  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4959  * NOT real memory.
4960  */
4961 void *
4962 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
4963 {
4964         vm_offset_t va, tmpva, offset;
4965         pt_entry_t *pte;
4966         vm_size_t tmpsize;
4967
4968         offset = pa & PAGE_MASK;
4969         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4970
4971         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
4972         if (va == 0)
4973                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
4974
4975         pa = pa & ~PAGE_MASK;
4976         for (tmpva = va, tmpsize = size; tmpsize > 0;) {
4977                 pte = vtopte(tmpva);
4978                 *pte = pa |
4979                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
4980                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] | /* pgeflag | */
4981                     kernel_pmap.pmap_cache_bits[mode];
4982                 tmpsize -= PAGE_SIZE;
4983                 tmpva += PAGE_SIZE;
4984                 pa += PAGE_SIZE;
4985         }
4986         pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, va, va + size);
4987         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
4988
4989         return ((void *)(va + offset));
4990 }
4991
4992 void
4993 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4994 {
4995         vm_offset_t base, offset;
4996
4997         base = va & ~PAGE_MASK;
4998         offset = va & PAGE_MASK;
4999         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5000         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
5001         kmem_free(&kernel_map, base, size);
5002 }
5003
5004 /*
5005  * Sets the memory attribute for the specified page.
5006  */
5007 void
5008 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5009 {
5010
5011     m->pat_mode = ma;
5012
5013     /*
5014      * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5015      * can be relied upon to perform any cache operations that are
5016      * required for data coherence.
5017      */
5018     if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0)
5019         pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), 1, m->pat_mode);
5020 }
5021
5022 /*
5023  * Change the PAT attribute on an existing kernel memory map.  Caller
5024  * must ensure that the virtual memory in question is not accessed
5025  * during the adjustment.
5026  */
5027 void
5028 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t count, int mode)
5029 {
5030         pt_entry_t *pte;
5031         vm_offset_t base;
5032         int changed = 0;
5033
5034         if (va == 0)
5035                 panic("pmap_change_attr: va is NULL");
5036         base = trunc_page(va);
5037
5038         while (count) {
5039                 pte = vtopte(va);
5040                 *pte = (*pte & ~(pt_entry_t)(kernel_pmap.pmap_cache_mask)) |
5041                        kernel_pmap.pmap_cache_bits[mode];
5042                 --count;
5043                 va += PAGE_SIZE;
5044         }
5045
5046         changed = 1;    /* XXX: not optimal */
5047
5048         /*
5049          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
5050          * shouldn't be, etc.
5051          */
5052         if (changed) {
5053                 pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, base, va);
5054                 pmap_invalidate_cache_range(base, va);
5055         }
5056 }
5057
5058 /*
5059  * perform the pmap work for mincore
5060  */
5061 int
5062 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5063 {
5064         pt_entry_t *ptep, pte;
5065         vm_page_t m;
5066         int val = 0;
5067
5068         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
5069         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
5070
5071         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
5072                 vm_offset_t pa;
5073
5074                 val = MINCORE_INCORE;
5075                 if ((pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0)
5076                         goto done;
5077
5078                 pa = pte & PG_FRAME;
5079
5080                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX])
5081                         m = NULL;
5082                 else
5083                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5084
5085                 /*
5086                  * Modified by us
5087                  */
5088                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
5089                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5090                 /*
5091                  * Modified by someone
5092                  */
5093                 else if (m && (m->dirty || pmap_is_modified(m)))
5094                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5095                 /*
5096                  * Referenced by us
5097                  */
5098                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
5099                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5100
5101                 /*
5102                  * Referenced by someone
5103                  */
5104                 else if (m && ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
5105                                 pmap_ts_referenced(m))) {
5106                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5107                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
5108                 }
5109         }
5110 done:
5111         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
5112
5113         return val;
5114 }
5115
5116 /*
5117  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
5118  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
5119  *
5120  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
5121  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
5122  *
5123  * The process must hold the vmspace->vm_map.token for oldvm and newvm
5124  */
5125 void
5126 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
5127 {
5128         struct vmspace *oldvm;
5129         struct lwp *lp;
5130
5131         oldvm = p->p_vmspace;
5132         if (oldvm != newvm) {
5133                 if (adjrefs)
5134                         vmspace_ref(newvm);
5135                 p->p_vmspace = newvm;
5136                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
5137                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
5138                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
5139                 if (adjrefs)
5140                         vmspace_rel(oldvm);
5141         }
5142 }
5143
5144 /*
5145  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
5146  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
5147  * on a per-lwp basis.
5148  *
5149  * Caller does not necessarily hold any vmspace tokens.  Caller must control
5150  * the lwp (typically be in the context of the lwp).  We use a critical
5151  * section to protect against statclock and hardclock (statistics collection).
5152  */
5153 void
5154 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
5155 {
5156         struct vmspace *oldvm;
5157         struct pmap *pmap;
5158
5159         oldvm = lp->lwp_vmspace;
5160
5161         if (oldvm != newvm) {
5162                 crit_enter();
5163                 lp->lwp_vmspace = newvm;
5164                 if (curthread->td_lwp == lp) {
5165                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
5166                         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(pmap->pm_active, mycpu->gd_cpuid);
5167                         if (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL)
5168                                 pmap_interlock_wait(newvm);
5169 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
5170                         tlb_flush_count++;
5171 #endif
5172                         if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] == REGULAR_PMAP) {
5173                                 curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
5174                         } else if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] == EPT_PMAP) {
5175                                 curthread->td_pcb->pcb_cr3 = KPML4phys;
5176                         } else {
5177                                 panic("pmap_setlwpvm: unknown pmap type\n");
5178                         }
5179                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
5180                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
5181                         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(pmap->pm_active,
5182                                                mycpu->gd_cpuid);
5183                 }
5184                 crit_exit();
5185         }
5186 }
5187
5188 /*
5189  * Called when switching to a locked pmap, used to interlock against pmaps
5190  * undergoing modifications to prevent us from activating the MMU for the
5191  * target pmap until all such modifications have completed.  We have to do
5192  * this because the thread making the modifications has already set up its
5193  * SMP synchronization mask.
5194  *
5195  * This function cannot sleep!
5196  *
5197  * No requirements.
5198  */
5199 void
5200 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
5201 {
5202         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
5203
5204         if (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL) {
5205                 crit_enter();
5206                 KKASSERT(curthread->td_critcount >= 2);
5207                 DEBUG_PUSH_INFO("pmap_interlock_wait");
5208                 while (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL) {
5209                         cpu_ccfence();
5210                         lwkt_process_ipiq();
5211                 }
5212                 DEBUG_POP_INFO();
5213                 crit_exit();
5214         }
5215 }
5216
5217 vm_offset_t
5218 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
5219 {
5220
5221         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) ||
5222             ((obj->type != OBJT_DEVICE) && (obj->type != OBJT_MGTDEVICE))) {
5223                 return addr;
5224         }
5225
5226         addr = roundup2(addr, NBPDR);
5227         return addr;
5228 }
5229
5230 /*
5231  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
5232  */
5233 vm_page_t
5234 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
5235 {
5236         pt_entry_t *ptep = vtopte(va);
5237
5238         KKASSERT((*ptep & kernel_pmap.pmap_bits[PG_DEVICE_IDX]) == 0);
5239         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME));
5240 }
5241
5242 /*
5243  * Initialize machine-specific shared page directory support.  This
5244  * is executed when a VM object is created.
5245  */
5246 void
5247 pmap_object_init(vm_object_t object)
5248 {
5249         object->md.pmap_rw = NULL;
5250         object->md.pmap_ro = NULL;
5251 }
5252
5253 /*
5254  * Clean up machine-specific shared page directory support.  This
5255  * is executed when a VM object is destroyed.
5256  */
5257 void
5258 pmap_object_free(vm_object_t object)
5259 {
5260         pmap_t pmap;
5261
5262         if ((pmap = object->md.pmap_rw) != NULL) {
5263                 object->md.pmap_rw = NULL;
5264                 pmap_remove_noinval(pmap,
5265                                   VM_MIN_USER_ADDRESS, VM_MAX_USER_ADDRESS);
5266                 CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
5267                 pmap_release(pmap);
5268                 pmap_puninit(pmap);
5269                 kfree(pmap, M_OBJPMAP);
5270         }
5271         if ((pmap = object->md.pmap_ro) != NULL) {
5272                 object->md.pmap_ro = NULL;
5273                 pmap_remove_noinval(pmap,
5274                                   VM_MIN_USER_ADDRESS, VM_MAX_USER_ADDRESS);
5275                 CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
5276                 pmap_release(pmap);
5277                 pmap_puninit(pmap);
5278                 kfree(pmap, M_OBJPMAP);
5279         }
5280 }