pmap: Add some API routines to help NVMM manage guest memory
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
4  * Copyright (c) 1994 David Greenman
5  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
6  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
7  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
8  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
9  * Copyright (c) 2011-2019 Matthew Dillon
10  * All rights reserved.
11  *
12  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
13  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
14  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
15  *
16  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
17  * modification, are permitted provided that the following conditions
18  * are met:
19  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
20  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
21  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
22  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
23  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
24  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
25  *    must display the following acknowledgement:
26  *      This product includes software developed by the University of
27  *      California, Berkeley and its contributors.
28  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
29  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
30  *    without specific prior written permission.
31  *
32  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
33  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
34  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
35  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
36  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
37  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
38  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
39  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
40  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
41  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
42  * SUCH DAMAGE.
43  */
44 /*
45  * Manage physical address maps for x86-64 systems.
46  *
47  * Some notes:
48  *      - The 'M'odified bit is only applicable to terminal PTEs.
49  *
50  *      - The 'U'ser access bit can be set for higher-level PTEs as
51  *        long as it isn't set for terminal PTEs for pages we don't
52  *        want user access to.
53  */
54
55 #if 0 /* JG */
56 #include "opt_pmap.h"
57 #endif
58 #include "opt_msgbuf.h"
59
60 #include <sys/param.h>
61 #include <sys/kernel.h>
62 #include <sys/proc.h>
63 #include <sys/msgbuf.h>
64 #include <sys/vmmeter.h>
65 #include <sys/mman.h>
66 #include <sys/systm.h>
67
68 #include <vm/vm.h>
69 #include <vm/vm_param.h>
70 #include <sys/sysctl.h>
71 #include <sys/lock.h>
72 #include <vm/vm_kern.h>
73 #include <vm/vm_page.h>
74 #include <vm/vm_map.h>
75 #include <vm/vm_object.h>
76 #include <vm/vm_extern.h>
77 #include <vm/vm_pageout.h>
78 #include <vm/vm_pager.h>
79 #include <vm/vm_zone.h>
80
81 #include <sys/thread2.h>
82 #include <sys/spinlock2.h>
83 #include <vm/vm_page2.h>
84
85 #include <machine/cputypes.h>
86 #include <machine/cpu.h>
87 #include <machine/md_var.h>
88 #include <machine/specialreg.h>
89 #include <machine/smp.h>
90 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
91 #include <machine/globaldata.h>
92 #include <machine/pmap.h>
93 #include <machine/pmap_inval.h>
94
95 #include <ddb/ddb.h>
96
97 #define PMAP_KEEP_PDIRS
98
99 #if defined(DIAGNOSTIC)
100 #define PMAP_DIAGNOSTIC
101 #endif
102
103 #define MINPV 2048
104
105 /*
106  * pmap debugging will report who owns a pv lock when blocking.
107  */
108 #ifdef PMAP_DEBUG
109
110 #define PMAP_DEBUG_DECL         , const char *func, int lineno
111 #define PMAP_DEBUG_ARGS         , __func__, __LINE__
112 #define PMAP_DEBUG_COPY         , func, lineno
113
114 #define pv_get(pmap, pindex, pmarkp)    _pv_get(pmap, pindex, pmarkp    \
115                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
116 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv                     \
117                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
118 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv                 \
119                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
120 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp  \
121                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
122
123 #define pv_free(pv, pvp)                _pv_free(pv, pvp PMAP_DEBUG_ARGS)
124
125 #else
126
127 #define PMAP_DEBUG_DECL
128 #define PMAP_DEBUG_ARGS
129 #define PMAP_DEBUG_COPY
130
131 #define pv_get(pmap, pindex, pmarkp)    _pv_get(pmap, pindex, pmarkp)
132 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv)
133 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv)
134 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)
135 #define pv_free(pv, pvp)                _pv_free(pv, pvp)
136
137 #endif
138
139 /*
140  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
141  */
142 #define pdir_pde(m, v)          (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
143
144 #define pmap_pde_v(pmap, pde)   \
145                 ((*(pd_entry_t *)pde & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0)
146 #define pmap_pte_w(pmap, pte)   \
147                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]) != 0)
148 #define pmap_pte_m(pmap, pte)   \
149                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]) != 0)
150 #define pmap_pte_u(pmap, pte)   \
151                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_U_IDX]) != 0)
152 #define pmap_pte_v(pmap, pte)   \
153                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0)
154
155 /*
156  * Given a map and a machine independent protection code,
157  * convert to a vax protection code.
158  */
159 #define pte_prot(m, p)          \
160         (m->protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
161 static uint64_t protection_codes[PROTECTION_CODES_SIZE];
162
163 /*
164  * Backing scan macros.  Note that in the use case 'ipte' is only a tentitive
165  * value and must be validated by a pmap_inval_smp_cmpset*() or equivalent
166  * function.
167  *
168  * NOTE: cpu_ccfence() is required to prevent excessive optmization of
169  *       of the (ipte) variable.
170  *
171  * NOTE: We don't bother locking the backing object if it isn't mapped
172  *       to anything (backing_list is empty).
173  *
174  * NOTE: For now guarantee an interlock via iobj->backing_lk if the
175  *       object exists and do not shortcut the lock by checking to see
176  *       if the list is empty first.
177  */
178 #define PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, match_pmap, ipmap, iptep, ipte, iva)  \
179         if (m->object) {                                                \
180                 vm_object_t iobj = m->object;                           \
181                 vm_map_backing_t iba, next_ba;                          \
182                 struct pmap *ipmap;                                     \
183                 pt_entry_t ipte;                                        \
184                 pt_entry_t *iptep;                                      \
185                 vm_offset_t iva;                                        \
186                 vm_pindex_t ipindex_start;                              \
187                 vm_pindex_t ipindex_end;                                \
188                                                                         \
189                 lockmgr(&iobj->backing_lk, LK_SHARED);                  \
190                 next_ba = TAILQ_FIRST(&iobj->backing_list);             \
191                 while ((iba = next_ba) != NULL) {                       \
192                         next_ba = TAILQ_NEXT(iba, entry);               \
193                         ipmap = iba->pmap;                              \
194                         if (match_pmap && ipmap != match_pmap)          \
195                                 continue;                               \
196                         ipindex_start = iba->offset >> PAGE_SHIFT;      \
197                         ipindex_end = ipindex_start +                   \
198                                   ((iba->end - iba->start) >> PAGE_SHIFT); \
199                         if (m->pindex < ipindex_start ||                \
200                             m->pindex >= ipindex_end) {                 \
201                                 continue;                               \
202                         }                                               \
203                         iva = iba->start +                              \
204                               ((m->pindex - ipindex_start) << PAGE_SHIFT); \
205                         iptep = pmap_pte(ipmap, iva);                   \
206                         if (iptep == NULL)                              \
207                                 continue;                               \
208                         ipte = *iptep;                                  \
209                         cpu_ccfence();                                  \
210                         if (m->phys_addr != (ipte & PG_FRAME))          \
211                                 continue;                               \
212
213 #define PMAP_PAGE_BACKING_RETRY                                         \
214                         {                                               \
215                                 next_ba = iba;                          \
216                                 continue;                               \
217                         }                                               \
218
219 #define PMAP_PAGE_BACKING_DONE                                          \
220                 }                                                       \
221                 lockmgr(&iobj->backing_lk, LK_RELEASE);                 \
222         }                                                               \
223
224 static struct pmap iso_pmap;
225 static struct pmap kernel_pmap_store;
226 struct pmap *kernel_pmap = &kernel_pmap_store;
227
228 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
229 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
230 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
231 vm_offset_t virtual2_end;
232 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel BSS) */
233 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
234 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
235 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
236 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of KVA space */
237 vm_offset_t DMapMaxAddress;
238
239 /* Has pmap_init completed? */
240 __read_frequently static boolean_t pmap_initialized = FALSE;
241 //static int pgeflag;           /* PG_G or-in */
242 static uint64_t PatMsr;         /* value of MSR_PAT */
243
244 static int ndmpdp;
245 static vm_paddr_t dmaplimit;
246 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
247
248 static pt_entry_t pat_pte_index[PAT_INDEX_SIZE];        /* PAT -> PG_ bits */
249 static pt_entry_t pat_pde_index[PAT_INDEX_SIZE];        /* PAT -> PG_ bits */
250
251 static uint64_t KPTbase;
252 static uint64_t KPTphys;
253 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
254 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
255 uint64_t KPDPphys;              /* phys addr of kernel level 3 */
256 uint64_t KPML4phys;             /* phys addr of kernel level 4 */
257
258 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
259 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
260
261 /*
262  * Data for the pv entry allocation mechanism
263  */
264 __read_mostly static vm_zone_t pvzone;
265 __read_mostly static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
266 static struct vm_zone pvzone_store;
267 static struct pv_entry *pvinit;
268
269 /*
270  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
271  */
272 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
273 caddr_t CADDR1 = NULL, ptvmmap = NULL;
274 static pt_entry_t *msgbufmap, *ptmmap;
275 struct msgbuf *msgbufp = NULL;
276
277 /*
278  * PG_* bits for regular (x86) pmap.
279  */
280 __read_frequently static uint64_t pmap_bits_default[PG_BITS_SIZE] = {
281         [TYPE_IDX]      = REGULAR_PMAP,
282         [PG_V_IDX]      = X86_PG_V,
283         [PG_RW_IDX]     = X86_PG_RW,
284         [PG_U_IDX]      = X86_PG_U,
285         [PG_A_IDX]      = X86_PG_A,
286         [PG_M_IDX]      = X86_PG_M,
287         [PG_PS_IDX]     = X86_PG_PS,
288         [PG_G_IDX]      = X86_PG_G,
289         [PG_W_IDX]      = X86_PG_AVAIL1,
290         [PG_MANAGED_IDX] = X86_PG_AVAIL2,
291         [PG_N_IDX]      = X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD,
292         [PG_NX_IDX]     = X86_PG_NX,
293 };
294
295 /*
296  * Crashdump maps.
297  */
298 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
299 static caddr_t crashdumpmap;
300
301 static int pmap_debug = 0;
302 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_debug, CTLFLAG_RW,
303     &pmap_debug, 0, "Debug pmap's");
304 #ifdef PMAP_DEBUG2
305 static int pmap_enter_debug = 0;
306 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_enter_debug, CTLFLAG_RW,
307     &pmap_enter_debug, 0, "Debug pmap_enter's");
308 #endif
309 static int pmap_yield_count = 64;
310 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_yield_count, CTLFLAG_RW,
311     &pmap_yield_count, 0, "Yield during init_pt/release");
312 static int pmap_fast_kernel_cpusync = 0;
313 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_fast_kernel_cpusync, CTLFLAG_RW,
314     &pmap_fast_kernel_cpusync, 0, "Share page table pages when possible");
315 static int pmap_dynamic_delete = 0;
316 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_dynamic_delete, CTLFLAG_RW,
317     &pmap_dynamic_delete, 0, "Dynamically delete PT/PD/PDPs");
318 static int pmap_lock_delay = 100;
319 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_lock_delay, CTLFLAG_RW,
320     &pmap_lock_delay, 0, "Spin loops");
321 static int meltdown_mitigation = -1;
322 TUNABLE_INT("machdep.meltdown_mitigation", &meltdown_mitigation);
323 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, meltdown_mitigation, CTLFLAG_RW,
324     &meltdown_mitigation, 0, "Userland pmap isolation");
325
326 static int pmap_nx_enable = -1;         /* -1 = auto */
327 /* needs manual TUNABLE in early probe, see below */
328 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_nx_enable, CTLFLAG_RD,
329     &pmap_nx_enable, 0,
330     "no-execute support (0=disabled, 1=w/READ, 2=w/READ & WRITE)");
331
332 static int pmap_pv_debug = 50;
333 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_pv_debug, CTLFLAG_RW,
334     &pmap_pv_debug, 0, "");
335
336 static long vm_pmap_pv_entries;
337 SYSCTL_LONG(_vm, OID_AUTO, pmap_pv_entries, CTLFLAG_RD,
338     &vm_pmap_pv_entries, 0, "");
339
340 /* Standard user access funtions */
341 extern int std_copyinstr (const void *udaddr, void *kaddr, size_t len,
342     size_t *lencopied);
343 extern int std_copyin (const void *udaddr, void *kaddr, size_t len);
344 extern int std_copyout (const void *kaddr, void *udaddr, size_t len);
345 extern int std_fubyte (const uint8_t *base);
346 extern int std_subyte (uint8_t *base, uint8_t byte);
347 extern int32_t std_fuword32 (const uint32_t *base);
348 extern int64_t std_fuword64 (const uint64_t *base);
349 extern int std_suword64 (uint64_t *base, uint64_t word);
350 extern int std_suword32 (uint32_t *base, int word);
351 extern uint32_t std_swapu32 (volatile uint32_t *base, uint32_t v);
352 extern uint64_t std_swapu64 (volatile uint64_t *base, uint64_t v);
353 extern uint32_t std_fuwordadd32 (volatile uint32_t *base, uint32_t v);
354 extern uint64_t std_fuwordadd64 (volatile uint64_t *base, uint64_t v);
355
356 #if 0
357 static void pv_hold(pv_entry_t pv);
358 #endif
359 static int _pv_hold_try(pv_entry_t pv
360                                 PMAP_DEBUG_DECL);
361 static void pv_drop(pv_entry_t pv);
362 static void _pv_lock(pv_entry_t pv
363                                 PMAP_DEBUG_DECL);
364 static void pv_unlock(pv_entry_t pv);
365 static pv_entry_t _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew
366                                 PMAP_DEBUG_DECL);
367 static pv_entry_t _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, vm_pindex_t **pmarkp
368                                 PMAP_DEBUG_DECL);
369 static void _pv_free(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp PMAP_DEBUG_DECL);
370 static pv_entry_t pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex,
371                                 vm_pindex_t **pmarkp, int *errorp);
372 static void pv_put(pv_entry_t pv);
373 static void *pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex);
374 static pv_entry_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
375                       pv_entry_t *pvpp);
376 static void pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
377                         pmap_inval_bulk_t *bulk, int destroy);
378 static vm_page_t pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv, int clrpgbits);
379 static int pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
380                         pmap_inval_bulk_t *bulk);
381
382 struct pmap_scan_info;
383 static void pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
384                       vm_pindex_t *pte_placemark, pv_entry_t pt_pv,
385                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
386 static void pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
387                       vm_pindex_t *pte_placemark, pv_entry_t pt_pv,
388                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
389
390 static void x86_64_protection_init (void);
391 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
392 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
393 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
394
395 static pt_entry_t *pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
396 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
397
398 static void pmap_pinit_defaults(struct pmap *pmap);
399 static void pv_placemarker_wait(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark);
400 static void pv_placemarker_wakeup(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark);
401
402 static int
403 pv_entry_compare(pv_entry_t pv1, pv_entry_t pv2)
404 {
405         if (pv1->pv_pindex < pv2->pv_pindex)
406                 return(-1);
407         if (pv1->pv_pindex > pv2->pv_pindex)
408                 return(1);
409         return(0);
410 }
411
412 RB_GENERATE2(pv_entry_rb_tree, pv_entry, pv_entry,
413              pv_entry_compare, vm_pindex_t, pv_pindex);
414
415 /*
416  * We have removed a managed pte.  The page might not be hard or soft-busied
417  * at this point so we have to be careful.
418  *
419  * If advanced mode is enabled we can clear PG_MAPPED/WRITEABLE only if
420  * MAPPEDMULTI is not set.  This must be done atomically against possible
421  * concurrent pmap_enter()s occurring at the same time.  If MULTI is set
422  * then the kernel may have to call vm_page_protect() later on to clean
423  * the bits up.  This is particularly important for kernel_map/kernel_object
424  * mappings due to the expense of scanning the kernel_object's vm_backing's.
425  *
426  * If advanced mode is not enabled we update our tracking counts and
427  * synchronize PG_MAPPED/WRITEABLE later on in pmap_mapped_sync().
428  */
429 static __inline
430 void
431 pmap_removed_pte(vm_page_t m, pt_entry_t pte)
432 {
433         int flags;
434         int nflags;
435
436         flags = m->flags;
437         cpu_ccfence();
438         while ((flags & PG_MAPPEDMULTI) == 0) {
439                 nflags = flags & ~(PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
440                 if (atomic_fcmpset_int(&m->flags, &flags, nflags))
441                         break;
442         }
443 }
444
445 /*
446  * Move the kernel virtual free pointer to the next
447  * 2MB.  This is used to help improve performance
448  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
449  * (.text, .data, .bss)
450  */
451 static
452 vm_offset_t
453 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
454 {
455         vm_offset_t newaddr = addr;
456
457         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
458         return newaddr;
459 }
460
461 /*
462  * Returns the pindex of a page table entry (representing a terminal page).
463  * There are NUPTE_TOTAL page table entries possible (a huge number)
464  *
465  * x86-64 has a 48-bit address space, where bit 47 is sign-extended out.
466  * We want to properly translate negative KVAs.
467  */
468 static __inline
469 vm_pindex_t
470 pmap_pte_pindex(vm_offset_t va)
471 {
472         return ((va >> PAGE_SHIFT) & (NUPTE_TOTAL - 1));
473 }
474
475 /*
476  * Returns the pindex of a page table.
477  */
478 static __inline
479 vm_pindex_t
480 pmap_pt_pindex(vm_offset_t va)
481 {
482         return (NUPTE_TOTAL + ((va >> PDRSHIFT) & (NUPT_TOTAL - 1)));
483 }
484
485 /*
486  * Returns the pindex of a page directory.
487  */
488 static __inline
489 vm_pindex_t
490 pmap_pd_pindex(vm_offset_t va)
491 {
492         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
493                 ((va >> PDPSHIFT) & (NUPD_TOTAL - 1)));
494 }
495
496 static __inline
497 vm_pindex_t
498 pmap_pdp_pindex(vm_offset_t va)
499 {
500         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
501                 ((va >> PML4SHIFT) & (NUPDP_TOTAL - 1)));
502 }
503
504 static __inline
505 vm_pindex_t
506 pmap_pml4_pindex(void)
507 {
508         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL + NUPDP_TOTAL);
509 }
510
511 /*
512  * Return various *clipped* indexes for a given VA.
513  *
514  * Returns the index of a PTE in a page table (PT), representing
515  * a terminal page.
516  */
517 static __inline
518 vm_pindex_t
519 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
520 {
521         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1UL << NPTEPGSHIFT) - 1));
522 }
523
524 /*
525  * Returns the index of a PDE in a page directory (PD) table, representing
526  * a page table (PT).
527  */
528 static __inline
529 vm_pindex_t
530 pmap_pt_index(vm_offset_t va)
531 {
532         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1UL << NPDEPGSHIFT) - 1));
533 }
534
535 /*
536  * Returns the index of a PDPE in a page directory pointer (PDP) table,
537  * representing a page directory (PD) table.
538  */
539 static __inline
540 vm_pindex_t
541 pmap_pd_index(vm_offset_t va)
542 {
543         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1UL << NPDPEPGSHIFT) - 1));
544 }
545
546 /*
547  * Returns the index of a PML4E in the PML4 table, representing a page
548  * directory pointer (PDP) table.
549  */
550 static __inline
551 vm_pindex_t
552 pmap_pdp_index(vm_offset_t va)
553 {
554         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1UL << NPML4EPGSHIFT) - 1));
555 }
556
557 /*
558  * Of all the layers (PT, PD, PDP, PML4) the best one to cache is
559  * the PT layer.  This will speed up core pmap operations considerably.
560  *
561  * NOTE: The pmap spinlock does not need to be held but the passed-in pv
562  *       must be in a known associated state (typically by being locked when
563  *       the pmap spinlock isn't held).  We allow the race for that case.
564  *
565  * NOTE: pm_pvhint* is only accessed (read) with the spin-lock held, using
566  *       cpu_ccfence() to prevent compiler optimizations from reloading the
567  *       field.
568  */
569 static __inline
570 void
571 pv_cache(pmap_t pmap, pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
572 {
573         if (pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
574                 ;
575         } else if (pindex < pmap_pd_pindex(0)) {
576                 pmap->pm_pvhint_pt = pv;
577         }
578 }
579
580 /*
581  * Locate the requested pt_entry
582  */
583 static __inline
584 pv_entry_t
585 pv_entry_lookup(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
586 {
587         pv_entry_t pv;
588
589         if (pindex < pmap_pt_pindex(0))
590                 return NULL;
591 #if 1
592         if (pindex < pmap_pd_pindex(0))
593                 pv = pmap->pm_pvhint_pt;
594         else
595                 pv = NULL;
596         cpu_ccfence();
597         if (pv == NULL || pv->pv_pmap != pmap) {
598                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
599                 if (pv)
600                         pv_cache(pmap, pv, pindex);
601         } else if (pv->pv_pindex != pindex) {
602                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP_REL(&pmap->pm_pvroot,
603                                                     pindex, pv);
604                 if (pv)
605                         pv_cache(pmap, pv, pindex);
606         }
607 #else
608         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
609 #endif
610         return pv;
611 }
612
613 /*
614  * pmap_pte_quick:
615  *
616  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
617  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
618  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
619  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
620  */
621 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
622
623 static
624 pt_entry_t *
625 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
626 {
627         return pmap_pte(pmap, va);
628 }
629
630 /*
631  * The placemarker hash must be broken up into four zones so lock
632  * ordering semantics continue to work (e.g. pte, pt, pd, then pdp).
633  *
634  * Placemarkers are used to 'lock' page table indices that do not have
635  * a pv_entry.  This allows the pmap to support managed and unmanaged
636  * pages and shared page tables.
637  */
638 #define PM_PLACE_BASE   (PM_PLACEMARKS >> 2)
639
640 static __inline
641 vm_pindex_t *
642 pmap_placemarker_hash(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
643 {
644         int hi;
645
646         if (pindex < pmap_pt_pindex(0))         /* zone 0 - PTE */
647                 hi = 0;
648         else if (pindex < pmap_pd_pindex(0))    /* zone 1 - PT */
649                 hi = PM_PLACE_BASE;
650         else if (pindex < pmap_pdp_pindex(0))   /* zone 2 - PD */
651                 hi = PM_PLACE_BASE << 1;
652         else                                    /* zone 3 - PDP (and PML4E) */
653                 hi = PM_PLACE_BASE | (PM_PLACE_BASE << 1);
654         hi += pindex & (PM_PLACE_BASE - 1);
655
656         return (&pmap->pm_placemarks[hi]);
657 }
658
659
660 /*
661  * Generic procedure to index a pte from a pt, pd, or pdp.
662  *
663  * NOTE: Normally passed pindex as pmap_xx_index().  pmap_xx_pindex() is NOT
664  *       a page table page index but is instead of PV lookup index.
665  */
666 static
667 void *
668 pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
669 {
670         pt_entry_t *pte;
671
672         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
673         return(&pte[pindex]);
674 }
675
676 /*
677  * Return pointer to PDP slot in the PML4
678  */
679 static __inline
680 pml4_entry_t *
681 pmap_pdp(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
682 {
683         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pdp_index(va)]);
684 }
685
686 /*
687  * Return pointer to PD slot in the PDP given a pointer to the PDP
688  */
689 static __inline
690 pdp_entry_t *
691 pmap_pdp_to_pd(pml4_entry_t pdp_pte, vm_offset_t va)
692 {
693         pdp_entry_t *pd;
694
695         pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdp_pte & PG_FRAME);
696         return (&pd[pmap_pd_index(va)]);
697 }
698
699 /*
700  * Return pointer to PD slot in the PDP.
701  */
702 static __inline
703 pdp_entry_t *
704 pmap_pd(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
705 {
706         pml4_entry_t *pdp;
707
708         pdp = pmap_pdp(pmap, va);
709         if ((*pdp & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
710                 return NULL;
711         return (pmap_pdp_to_pd(*pdp, va));
712 }
713
714 /*
715  * Return pointer to PT slot in the PD given a pointer to the PD
716  */
717 static __inline
718 pd_entry_t *
719 pmap_pd_to_pt(pdp_entry_t pd_pte, vm_offset_t va)
720 {
721         pd_entry_t *pt;
722
723         pt = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pd_pte & PG_FRAME);
724         return (&pt[pmap_pt_index(va)]);
725 }
726
727 /*
728  * Return pointer to PT slot in the PD
729  *
730  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps (embedded in objects) do not have PDPs,
731  *                   so we cannot lookup the PD via the PDP.  Instead we
732  *                   must look it up via the pmap.
733  */
734 static __inline
735 pd_entry_t *
736 pmap_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
737 {
738         pdp_entry_t *pd;
739         pv_entry_t pv;
740         vm_pindex_t pd_pindex;
741         vm_paddr_t phys;
742
743         if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
744                 pd_pindex = pmap_pd_pindex(va);
745                 spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
746                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pd_pindex);
747                 if (pv == NULL || pv->pv_m == NULL) {
748                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
749                         return NULL;
750                 }
751                 phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m);
752                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
753                 return (pmap_pd_to_pt(phys, va));
754         } else {
755                 pd = pmap_pd(pmap, va);
756                 if (pd == NULL || (*pd & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
757                          return NULL;
758                 return (pmap_pd_to_pt(*pd, va));
759         }
760 }
761
762 /*
763  * Return pointer to PTE slot in the PT given a pointer to the PT
764  */
765 static __inline
766 pt_entry_t *
767 pmap_pt_to_pte(pd_entry_t pt_pte, vm_offset_t va)
768 {
769         pt_entry_t *pte;
770
771         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pt_pte & PG_FRAME);
772         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
773 }
774
775 /*
776  * Return pointer to PTE slot in the PT
777  */
778 static __inline
779 pt_entry_t *
780 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
781 {
782         pd_entry_t *pt;
783
784         pt = pmap_pt(pmap, va);
785         if (pt == NULL || (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
786                  return NULL;
787         if ((*pt & pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) != 0)
788                 return ((pt_entry_t *)pt);
789         return (pmap_pt_to_pte(*pt, va));
790 }
791
792 /*
793  * Return address of PT slot in PD (KVM only)
794  *
795  * Cannot be used for user page tables because it might interfere with
796  * the shared page-table-page optimization (pmap_mmu_optimize).
797  */
798 static __inline
799 pd_entry_t *
800 vtopt(vm_offset_t va)
801 {
802         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
803                                   NPML4EPGSHIFT)) - 1);
804
805         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
806 }
807
808 /*
809  * KVM - return address of PTE slot in PT
810  */
811 static __inline
812 pt_entry_t *
813 vtopte(vm_offset_t va)
814 {
815         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
816                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
817
818         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
819 }
820
821 /*
822  * Returns the physical address translation from va for a user address.
823  * (vm_paddr_t)-1 is returned on failure.
824  */
825 vm_paddr_t
826 uservtophys(vm_offset_t va)
827 {
828         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
829                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
830         vm_paddr_t pa;
831         pt_entry_t pte;
832         pmap_t pmap;
833
834         pmap = vmspace_pmap(mycpu->gd_curthread->td_lwp->lwp_vmspace);
835         pa = (vm_paddr_t)-1;
836         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
837                 pte = kreadmem64(PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
838                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])
839                         pa = (pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
840         }
841         return pa;
842 }
843
844 static uint64_t
845 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
846 {
847         uint64_t ret;
848
849         ret = *firstaddr;
850         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
851         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
852         return (ret);
853 }
854
855 static
856 void
857 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
858 {
859         long i;         /* must be 64 bits */
860         long nkpt_base;
861         long nkpt_phys;
862         long nkpd_phys;
863         int j;
864
865         /*
866          * We are running (mostly) V=P at this point
867          *
868          * Calculate how many 1GB PD entries in our PDP pages are needed
869          * for the DMAP.  This is only allocated if the system does not
870          * support 1GB pages.  Otherwise ndmpdp is simply a count of
871          * the number of 1G terminal entries in our PDP pages are needed.
872          *
873          * NOTE: Maxmem is in pages
874          */
875         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
876         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of DMAP */
877                 ndmpdp = 4;
878
879 #if 0
880         /*
881          * HACK XXX fix me - Some laptops map the EFI framebuffer in
882          * very high physical addresses and the DMAP winds up being too
883          * small.  The EFI framebuffer has to be mapped for the console
884          * very early and the DMAP is how it does it.
885          */
886         if (ndmpdp < 512)       /* Minimum 512GB of DMAP */
887                 ndmpdp = 512;
888 #endif
889
890         KKASSERT(ndmpdp <= NDMPML4E * NPML4EPG);
891         DMapMaxAddress = DMAP_MIN_ADDRESS +
892                          ((ndmpdp * NPDEPG) << PDRSHIFT);
893
894         /*
895          * Starting at KERNBASE - map all 2G worth of page table pages.
896          * KERNBASE is offset -2G from the end of kvm.  This will accomodate
897          * all KVM allocations above KERNBASE, including the SYSMAPs below.
898          *
899          * We do this by allocating 2*512 PT pages.  Each PT page can map
900          * 2MB, for 2GB total.
901          */
902         nkpt_base = (NPDPEPG - KPDPI) * NPTEPG; /* typically 2 x 512 */
903
904         /*
905          * Starting at the beginning of kvm (VM_MIN_KERNEL_ADDRESS),
906          * Calculate how many page table pages we need to preallocate
907          * for early vm_map allocations.
908          *
909          * A few extra won't hurt, they will get used up in the running
910          * system.
911          *
912          * vm_page array
913          * initial pventry's
914          */
915         nkpt_phys = howmany(Maxmem * sizeof(struct vm_page), NBPDR);
916         nkpt_phys += howmany(Maxmem * sizeof(struct pv_entry), NBPDR);
917         nkpt_phys += 128;       /* a few extra */
918
919         /*
920          * The highest value nkpd_phys can be set to is
921          * NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI) (i.e. NKPDPE - 2).
922          *
923          * Doing so would cause all PD pages to be pre-populated for
924          * a maximal KVM space (approximately 16*512 pages, or 32MB.
925          * We can save memory by not doing this.
926          */
927         nkpd_phys = (nkpt_phys + NPDPEPG - 1) / NPDPEPG;
928
929         /*
930          * Allocate pages
931          *
932          * Normally NKPML4E=1-16 (1-16 kernel PDP page)
933          * Normally NKPDPE= NKPML4E*512-1 (511 min kernel PD pages)
934          *
935          * Only allocate enough PD pages
936          * NOTE: We allocate all kernel PD pages up-front, typically
937          *       ~511G of KVM, requiring 511 PD pages.
938          */
939         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt_base);     /* KERNBASE to end */
940         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt_phys);     /* KVA start */
941         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);           /* recursive PML4 map */
942         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);      /* kernel PDP pages */
943         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpd_phys);     /* kernel PD pages */
944
945         /*
946          * Alloc PD pages for the area starting at KERNBASE.
947          */
948         KPDbase = allocpages(firstaddr, NPDPEPG - KPDPI);
949
950         /*
951          * Stuff for our DMAP.  Use 2MB pages even when 1GB pages
952          * are available in order to allow APU code to adjust page
953          * attributes on a fixed grain (see pmap_change_attr()).
954          */
955         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
956 #if 1
957         DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
958 #else
959         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
960                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
961 #endif
962         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
963
964         /*
965          * Fill in the underlying page table pages for the area around
966          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
967          *
968          * Read-only from zero to physfree
969          * XXX not fully used, underneath 2M pages
970          */
971         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
972                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
973                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |=
974                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
975                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
976                     pmap_bits_default[PG_G_IDX];
977         }
978
979         /*
980          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
981          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
982          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
983          * data, bss, and initial pre-allocations.
984          */
985         for (i = 0; i < nkpt_base; i++) {
986                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
987                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |=
988                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
989                     pmap_bits_default[PG_V_IDX];
990         }
991         for (i = 0; i < nkpt_phys; i++) {
992                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
993                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |=
994                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
995                     pmap_bits_default[PG_V_IDX];
996         }
997
998         /*
999          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
1000          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
1001          * above in the KERNBASE area.
1002          */
1003         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
1004                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
1005                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |=
1006                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1007                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1008                     pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
1009                     pmap_bits_default[PG_G_IDX];
1010         }
1011
1012         /*
1013          * Load PD addresses into the PDP pages for primary KVA space to
1014          * cover existing page tables.  PD's for KERNBASE are handled in
1015          * the next loop.
1016          *
1017          * expected to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
1018          */
1019         for (i = 0; i < nkpd_phys; i++) {
1020                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NKPML4E * NPDPEPG - NKPDPE + i] =
1021                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
1022                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NKPML4E * NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
1023                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1024                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1025                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1026         }
1027
1028         /*
1029          * Load PDs for KERNBASE to the end
1030          */
1031         i = (NKPML4E - 1) * NPDPEPG + KPDPI;
1032         for (j = 0; j < NPDPEPG - KPDPI; ++j) {
1033                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + j] =
1034                                 KPDbase + (j << PAGE_SHIFT);
1035                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + j] |=
1036                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1037                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1038                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1039         }
1040
1041         /*
1042          * Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages
1043          * Preset PG_M and PG_A because demotion expects it.
1044          *
1045          * When filling in entries in the PD pages make sure any excess
1046          * entries are set to zero as we allocated enough PD pages
1047          *
1048          * Stuff for our DMAP.  Use 2MB pages even when 1GB pages
1049          * are available in order to allow APU code to adjust page
1050          * attributes on a fixed grain (see pmap_change_attr()).
1051          */
1052 #if 0
1053         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
1054 #endif
1055         {
1056                 /*
1057                  * Use 2MB pages
1058                  */
1059                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
1060                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
1061                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |=
1062                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1063                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1064                             pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
1065                             pmap_bits_default[PG_G_IDX] |
1066                             pmap_bits_default[PG_M_IDX] |
1067                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1068                 }
1069
1070                 /*
1071                  * And the direct map space's PDP
1072                  */
1073                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
1074                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
1075                                                         (i << PAGE_SHIFT);
1076                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |=
1077                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1078                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1079                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1080                 }
1081         }
1082 #if 0
1083         else {
1084                 /*
1085                  * 1GB pages
1086                  */
1087                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
1088                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
1089                                                 (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1090                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |=
1091                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1092                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1093                             pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
1094                             pmap_bits_default[PG_G_IDX] |
1095                             pmap_bits_default[PG_M_IDX] |
1096                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1097                 }
1098         }
1099 #endif
1100
1101         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1102         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
1103         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |=
1104             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1105             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1106             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1107
1108         /*
1109          * Connect the Direct Map slots up to the PML4
1110          */
1111         for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
1112                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + j] =
1113                     (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT)) |
1114                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1115                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1116                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1117         }
1118
1119         /*
1120          * Connect the KVA slot up to the PML4
1121          */
1122         for (j = 0; j < NKPML4E; ++j) {
1123                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I + j] =
1124                     KPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT);
1125                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I + j] |=
1126                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1127                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1128                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1129         }
1130         cpu_mfence();
1131         cpu_invltlb();
1132 }
1133
1134 /*
1135  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1136  *
1137  *      On x86_64 this is called after mapping has already been enabled
1138  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1139  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1140  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1141  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1142  *      (physical) address starting relative to 0]
1143  */
1144 void
1145 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1146 {
1147         vm_offset_t va;
1148         pt_entry_t *pte;
1149         int i;
1150
1151         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1152         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1153         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
1154
1155         avail_start = *firstaddr;
1156
1157         /*
1158          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1159          */
1160         create_pagetables(firstaddr);
1161
1162         virtual2_start = KvaStart;
1163         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
1164
1165         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
1166         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
1167
1168         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1169
1170         /* XXX do %cr0 as well */
1171         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
1172         load_cr3(KPML4phys);
1173
1174         /*
1175          * Initialize protection array.
1176          */
1177         x86_64_protection_init();
1178
1179         /*
1180          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
1181          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
1182          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
1183          */
1184         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1185         kernel_pmap->pm_count = 1;
1186         CPUMASK_ASSALLONES(kernel_pmap->pm_active);
1187         RB_INIT(&kernel_pmap->pm_pvroot);
1188         spin_init(&kernel_pmap->pm_spin, "pmapbootstrap");
1189         for (i = 0; i < PM_PLACEMARKS; ++i)
1190                 kernel_pmap->pm_placemarks[i] = PM_NOPLACEMARK;
1191
1192         /*
1193          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1194          * mapping of pages.
1195          */
1196 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1197         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1198
1199         va = virtual_start;
1200         pte = vtopte(va);
1201
1202         /*
1203          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
1204          */
1205         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
1206
1207         /*
1208          * Crashdump maps.
1209          */
1210         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
1211
1212         /*
1213          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
1214          * /dev/mem.
1215          */
1216         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
1217
1218         /*
1219          * msgbufp is used to map the system message buffer.
1220          * XXX msgbufmap is not used.
1221          */
1222         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
1223                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
1224
1225         virtual_start = va;
1226         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
1227
1228         *CMAP1 = 0;
1229
1230         /*
1231          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
1232          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
1233          * works under UP because self-referential page table mappings
1234          */
1235 //      pgeflag = 0;
1236
1237         cpu_invltlb();
1238
1239         /* Initialize the PAT MSR */
1240         pmap_init_pat();
1241         pmap_pinit_defaults(kernel_pmap);
1242
1243         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.pmap_fast_kernel_cpusync",
1244                           &pmap_fast_kernel_cpusync);
1245
1246 }
1247
1248 /*
1249  * Setup the PAT MSR.
1250  */
1251 void
1252 pmap_init_pat(void)
1253 {
1254         uint64_t pat_msr;
1255         u_long cr0, cr4;
1256         int i;
1257
1258         /*
1259          * Default values mapping PATi,PCD,PWT bits at system reset.
1260          * The default values effectively ignore the PATi bit by
1261          * repeating the encodings for 0-3 in 4-7, and map the PCD
1262          * and PWT bit combinations to the expected PAT types.
1263          */
1264         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |        /* 000 */
1265                   PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 001 */
1266                   PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |          /* 010 */
1267                   PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |       /* 011 */
1268                   PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |        /* 100 */
1269                   PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 101 */
1270                   PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |          /* 110 */
1271                   PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);        /* 111 */
1272         pat_pte_index[PAT_WRITE_BACK]   = 0;
1273         pat_pte_index[PAT_WRITE_THROUGH]= 0         | X86_PG_NC_PWT;
1274         pat_pte_index[PAT_UNCACHED]     = X86_PG_NC_PCD;
1275         pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE]  = X86_PG_NC_PCD | X86_PG_NC_PWT;
1276         pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
1277         pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
1278
1279         if (cpu_feature & CPUID_PAT) {
1280                 /*
1281                  * If we support the PAT then set-up entries for
1282                  * WRITE_PROTECTED and WRITE_COMBINING using bit patterns
1283                  * 5 and 6.
1284                  */
1285                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(5)) |
1286                           PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED);
1287                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(6)) |
1288                           PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1289                 pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_NC_PWT;
1290                 pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_NC_PCD;
1291
1292                 /*
1293                  * Then enable the PAT
1294                  */
1295
1296                 /* Disable PGE. */
1297                 cr4 = rcr4();
1298                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1299
1300                 /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1301                 cr0 = rcr0();
1302                 load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1303
1304                 /* Flushes caches and TLBs. */
1305                 wbinvd();
1306                 cpu_invltlb();
1307
1308                 /* Update PAT and index table. */
1309                 wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1310
1311                 /* Flush caches and TLBs again. */
1312                 wbinvd();
1313                 cpu_invltlb();
1314
1315                 /* Restore caches and PGE. */
1316                 load_cr0(cr0);
1317                 load_cr4(cr4);
1318                 PatMsr = pat_msr;
1319         }
1320
1321         for (i = 0; i < 8; ++i) {
1322                 pt_entry_t pte;
1323
1324                 pte = pat_pte_index[i];
1325                 if (pte & X86_PG_PTE_PAT) {
1326                         pte &= ~X86_PG_PTE_PAT;
1327                         pte |= X86_PG_PDE_PAT;
1328                 }
1329                 pat_pde_index[i] = pte;
1330         }
1331 }
1332
1333 /*
1334  * Set 4mb pdir for mp startup
1335  */
1336 void
1337 pmap_set_opt(void)
1338 {
1339         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
1340                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
1341                 if (mycpu->gd_cpuid == 0)       /* only on BSP */
1342                         cpu_invltlb();
1343         }
1344
1345         /*
1346          * Check for SMAP support and enable if available.  Must be done
1347          * after cr3 is loaded, and on all cores.
1348          */
1349         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP) {
1350                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMAP);
1351         }
1352         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP) {
1353                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1354         }
1355 }
1356
1357 /*
1358  * SMAP is just a processor flag, but SMEP can only be enabled
1359  * and disabled via CR4.  We still use the processor flag to
1360  * disable SMAP because the page-fault/trap code checks it, in
1361  * order to allow a page-fault to actually occur.
1362  */
1363 void
1364 smap_smep_disable(void)
1365 {
1366         /*
1367          * disable SMAP.  This also bypasses a software failsafe check
1368          * in the trap() code.
1369          */
1370         smap_open();
1371
1372         /*
1373          * Also needed to bypass a software failsafe check in the trap()
1374          * code and allow the userspace address fault from kernel mode
1375          * to proceed.
1376          *
1377          * Note that This will not reload %rip because pcb_onfault_rsp will
1378          * not match.  Just setting it to non-NULL is sufficient to bypass
1379          * the checks.
1380          */
1381         curthread->td_pcb->pcb_onfault = (void *)1;
1382
1383         /*
1384          * Disable SMEP (requires modifying cr4)
1385          */
1386         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1387                 load_cr4(rcr4() & ~CR4_SMEP);
1388 }
1389
1390 void
1391 smap_smep_enable(void)
1392 {
1393         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1394                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1395         curthread->td_pcb->pcb_onfault = NULL;
1396         smap_close();
1397 }
1398
1399 /*
1400  * Early initialization of the pmap module.
1401  *
1402  * Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1403  * system needs to map virtual memory.  pmap_init has been enhanced to
1404  * support in a fairly consistant way, discontiguous physical memory.
1405  */
1406 void
1407 pmap_init(void)
1408 {
1409         vm_pindex_t initial_pvs;
1410         vm_pindex_t i;
1411
1412         /*
1413          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
1414          * pv_head_table.
1415          */
1416         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1417                 vm_page_t m;
1418
1419                 m = &vm_page_array[i];
1420                 m->md.interlock_count = 0;
1421         }
1422
1423         /*
1424          * init the pv free list
1425          */
1426         initial_pvs = vm_page_array_size;
1427         if (initial_pvs < MINPV)
1428                 initial_pvs = MINPV;
1429         pvzone = &pvzone_store;
1430         pvinit = (void *)kmem_alloc(kernel_map,
1431                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry),
1432                                     VM_SUBSYS_PVENTRY);
1433         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
1434                   pvinit, initial_pvs);
1435
1436         /*
1437          * Now it is safe to enable pv_table recording.
1438          */
1439         pmap_initialized = TRUE;
1440 }
1441
1442 /*
1443  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
1444  * high water mark so that the system can recover from excessive
1445  * numbers of pv entries.
1446  *
1447  * Also create the kernel page table template for isolated user
1448  * pmaps.
1449  */
1450 static void pmap_init_iso_range(vm_offset_t base, size_t bytes);
1451 static void pmap_init2_iso_pmap(void);
1452 #if 0
1453 static void dump_pmap(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, int level, vm_offset_t base);
1454 #endif
1455
1456 void
1457 pmap_init2(void)
1458 {
1459         vm_pindex_t entry_max;
1460
1461         /*
1462          * We can significantly reduce pv_entry_max from historical
1463          * levels because pv_entry's are no longer use for PTEs at the
1464          * leafs.  This prevents excessive pcpu caching on many-core
1465          * boxes (even with the further '/ 16' done in zinitna().
1466          *
1467          * Remember, however, that processes can share physical pages
1468          * with each process still needing the pdp/pd/pt infrstructure
1469          * (which still use pv_entry's).  And don't just assume that
1470          * every PT will be completely filled up.  So don't make it
1471          * too small.
1472          */
1473         entry_max = maxproc * 32 + vm_page_array_size / 16;
1474         TUNABLE_LONG_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &entry_max);
1475         vm_pmap_pv_entries = entry_max;
1476
1477         /*
1478          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
1479          */
1480         if (entry_max <= MINPV)
1481                 entry_max = MINPV;
1482
1483         zinitna(pvzone, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT);
1484
1485         /*
1486          * Enable dynamic deletion of empty higher-level page table pages
1487          * by default only if system memory is < 8GB (use 7GB for slop).
1488          * This can save a little memory, but imposes significant
1489          * performance overhead for things like bulk builds, and for programs
1490          * which do a lot of memory mapping and memory unmapping.
1491          */
1492 #if 0
1493         if (pmap_dynamic_delete < 0) {
1494                 if (vmstats.v_page_count < 7LL * 1024 * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE)
1495                         pmap_dynamic_delete = 1;
1496                 else
1497                         pmap_dynamic_delete = 0;
1498         }
1499 #endif
1500         /*
1501          * Disable so vm_map_backing iterations do not race
1502          */
1503         pmap_dynamic_delete = 0;
1504
1505         /*
1506          * Automatic detection of Intel meltdown bug requiring user/kernel
1507          * mmap isolation.
1508          *
1509          * Currently there are so many Intel cpu's impacted that its better
1510          * to whitelist future Intel CPUs.  Most? AMD cpus are not impacted
1511          * so the default is off for AMD.
1512          */
1513         if (meltdown_mitigation < 0) {
1514                 if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL) {
1515                         meltdown_mitigation = 1;
1516                         if (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_RDCL_NO)
1517                                 meltdown_mitigation = 0;
1518                 } else {
1519                         meltdown_mitigation = 0;
1520                 }
1521         }
1522         if (meltdown_mitigation) {
1523                 kprintf("machdep.meltdown_mitigation enabled to "
1524                         "protect against (mostly Intel) meltdown bug\n");
1525                 kprintf("system call performance will be impacted\n");
1526         }
1527
1528         pmap_init2_iso_pmap();
1529 }
1530
1531 /*
1532  * Create the isolation pmap template.  Once created, the template
1533  * is static and its PML4e entries are used to populate the
1534  * kernel portion of any isolated user pmaps.
1535  *
1536  * Our isolation pmap must contain:
1537  * (1) trampoline area for all cpus
1538  * (2) common_tss area for all cpus (its part of the trampoline area now)
1539  * (3) IDT for all cpus
1540  * (4) GDT for all cpus
1541  */
1542 static void
1543 pmap_init2_iso_pmap(void)
1544 {
1545         int n;
1546
1547         if (bootverbose)
1548                 kprintf("Initialize isolation pmap\n");
1549
1550         /*
1551          * Try to use our normal API calls to make this easier.  We have
1552          * to scrap the shadowed kernel PDPs pmap_pinit() creates for our
1553          * iso_pmap.
1554          */
1555         pmap_pinit(&iso_pmap);
1556         bzero(iso_pmap.pm_pml4, PAGE_SIZE);
1557
1558         /*
1559          * Install areas needed by the cpu and trampoline.
1560          */
1561         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
1562                 struct privatespace *ps;
1563
1564                 ps = CPU_prvspace[n];
1565                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->trampoline,
1566                                     sizeof(ps->trampoline));
1567                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->dblstack,
1568                                     sizeof(ps->dblstack));
1569                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->dbgstack,
1570                                     sizeof(ps->dbgstack));
1571                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->common_tss,
1572                                     sizeof(ps->common_tss));
1573                 pmap_init_iso_range(r_idt_arr[n].rd_base,
1574                                     r_idt_arr[n].rd_limit + 1);
1575         }
1576         pmap_init_iso_range((register_t)gdt, sizeof(gdt));
1577         pmap_init_iso_range((vm_offset_t)(int *)btext,
1578                             (vm_offset_t)(int *)etext -
1579                              (vm_offset_t)(int *)btext);
1580
1581 #if 0
1582         kprintf("Dump iso_pmap:\n");
1583         dump_pmap(&iso_pmap, vtophys(iso_pmap.pm_pml4), 0, 0);
1584         kprintf("\nDump kernel_pmap:\n");
1585         dump_pmap(kernel_pmap, vtophys(kernel_pmap->pm_pml4), 0, 0);
1586 #endif
1587 }
1588
1589 /*
1590  * This adds a kernel virtual address range to the isolation pmap.
1591  */
1592 static void
1593 pmap_init_iso_range(vm_offset_t base, size_t bytes)
1594 {
1595         pv_entry_t pv;
1596         pv_entry_t pvp;
1597         pt_entry_t *ptep;
1598         pt_entry_t pte;
1599         vm_offset_t va;
1600
1601         if (bootverbose) {
1602                 kprintf("isolate %016jx-%016jx (%zd)\n",
1603                         base, base + bytes, bytes);
1604         }
1605         va = base & ~(vm_offset_t)PAGE_MASK;
1606         while (va < base + bytes) {
1607                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= base + bytes &&
1608                     (ptep = pmap_pt(kernel_pmap, va)) != NULL &&
1609                     (*ptep & kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) &&
1610                     (*ptep & kernel_pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX])) {
1611                         /*
1612                          * Use 2MB pages if possible
1613                          */
1614                         pte = *ptep;
1615                         pv = pmap_allocpte(&iso_pmap, pmap_pd_pindex(va), &pvp);
1616                         ptep = pv_pte_lookup(pv, (va >> PDRSHIFT) & 511);
1617                         *ptep = pte;
1618                         va += NBPDR;
1619                 } else {
1620                         /*
1621                          * Otherwise use 4KB pages
1622                          */
1623                         pv = pmap_allocpte(&iso_pmap, pmap_pt_pindex(va), &pvp);
1624                         ptep = pv_pte_lookup(pv, (va >> PAGE_SHIFT) & 511);
1625                         *ptep = vtophys(va) | kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1626                                               kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1627                                               kernel_pmap->pmap_bits[PG_A_IDX] |
1628                                               kernel_pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
1629
1630                         va += PAGE_SIZE;
1631                 }
1632                 pv_put(pv);
1633                 pv_put(pvp);
1634         }
1635 }
1636
1637 #if 0
1638 /*
1639  * Useful debugging pmap dumper, do not remove (#if 0 when not in use)
1640  */
1641 static
1642 void
1643 dump_pmap(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, int level, vm_offset_t base)
1644 {
1645         pt_entry_t *ptp;
1646         vm_offset_t incr;
1647         int i;
1648
1649         switch(level) {
1650         case 0:                                 /* PML4e page, 512G entries */
1651                 incr = (1LL << 48) / 512;
1652                 break;
1653         case 1:                                 /* PDP page, 1G entries */
1654                 incr = (1LL << 39) / 512;
1655                 break;
1656         case 2:                                 /* PD page, 2MB entries */
1657                 incr = (1LL << 30) / 512;
1658                 break;
1659         case 3:                                 /* PT page, 4KB entries */
1660                 incr = (1LL << 21) / 512;
1661                 break;
1662         default:
1663                 incr = 0;
1664                 break;
1665         }
1666
1667         if (level == 0)
1668                 kprintf("cr3 %016jx @ va=%016jx\n", pte, base);
1669         ptp = (void *)PHYS_TO_DMAP(pte & ~(pt_entry_t)PAGE_MASK);
1670         for (i = 0; i < 512; ++i) {
1671                 if (level == 0 && i == 128)
1672                         base += 0xFFFF000000000000LLU;
1673                 if (ptp[i]) {
1674                         kprintf("%*.*s ", level * 4, level * 4, "");
1675                         if (level == 1 && (ptp[i] & 0x180) == 0x180) {
1676                                 kprintf("va=%016jx %3d term %016jx (1GB)\n",
1677                                         base, i, ptp[i]);
1678                         } else if (level == 2 && (ptp[i] & 0x180) == 0x180) {
1679                                 kprintf("va=%016jx %3d term %016jx (2MB)\n",
1680                                         base, i, ptp[i]);
1681                         } else if (level == 3) {
1682                                 kprintf("va=%016jx %3d term %016jx\n",
1683                                         base, i, ptp[i]);
1684                         } else {
1685                                 kprintf("va=%016jx %3d deep %016jx\n",
1686                                         base, i, ptp[i]);
1687                                 dump_pmap(pmap, ptp[i], level + 1, base);
1688                         }
1689                 }
1690                 base += incr;
1691         }
1692 }
1693
1694 #endif
1695
1696 /*
1697  * Typically used to initialize a fictitious page by vm/device_pager.c
1698  */
1699 void
1700 pmap_page_init(struct vm_page *m)
1701 {
1702         vm_page_init(m);
1703         m->md.interlock_count = 0;
1704 }
1705
1706 /***************************************************
1707  * Low level helper routines.....
1708  ***************************************************/
1709
1710 /*
1711  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
1712  * The page must be wired for this to work reliably.
1713  */
1714 vm_paddr_t 
1715 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va, void **handlep)
1716 {
1717         vm_paddr_t rtval;
1718         pv_entry_t pt_pv;
1719         pt_entry_t *ptep;
1720
1721         rtval = 0;
1722         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
1723                 /*
1724                  * Kernel page directories might be direct-mapped and
1725                  * there is typically no PV tracking of pte's
1726                  */
1727                 pd_entry_t *pt;
1728
1729                 pt = pmap_pt(pmap, va);
1730                 if (pt && (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) {
1731                         if (*pt & pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) {
1732                                 rtval = *pt & PG_PS_FRAME;
1733                                 rtval |= va & PDRMASK;
1734                         } else {
1735                                 ptep = pmap_pt_to_pte(*pt, va);
1736                                 if (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1737                                         rtval = *ptep & PG_FRAME;
1738                                         rtval |= va & PAGE_MASK;
1739                                 }
1740                         }
1741                 }
1742                 if (handlep)
1743                         *handlep = NULL;
1744         } else {
1745                 /*
1746                  * User pages currently do not direct-map the page directory
1747                  * and some pages might not used managed PVs.  But all PT's
1748                  * will have a PV.
1749                  */
1750                 pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
1751                 if (pt_pv) {
1752                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1753                         if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1754                                 rtval = *ptep & PG_FRAME;
1755                                 rtval |= va & PAGE_MASK;
1756                         }
1757                         if (handlep)
1758                                 *handlep = pt_pv;       /* locked until done */
1759                         else
1760                                 pv_put (pt_pv);
1761                 } else if (handlep) {
1762                         *handlep = NULL;
1763                 }
1764         }
1765         return rtval;
1766 }
1767
1768 void
1769 pmap_extract_done(void *handle)
1770 {
1771         if (handle)
1772                 pv_put((pv_entry_t)handle);
1773 }
1774
1775 /*
1776  * Similar to extract but checks protections, SMP-friendly short-cut for
1777  * vm_fault_page[_quick]().  Can return NULL to cause the caller to
1778  * fall-through to the real fault code.  Does not work with HVM page
1779  * tables.
1780  *
1781  * if busyp is NULL the returned page, if not NULL, is held (and not busied).
1782  *
1783  * If busyp is not NULL and this function sets *busyp non-zero, the returned
1784  * page is busied (and not held).
1785  *
1786  * If busyp is not NULL and this function sets *busyp to zero, the returned
1787  * page is held (and not busied).
1788  *
1789  * If VM_PROT_WRITE is set in prot, and the pte is already writable, the
1790  * returned page will be dirtied.  If the pte is not already writable NULL
1791  * is returned.  In otherwords, if the bit is set and a vm_page_t is returned,
1792  * any COW will already have happened and that page can be written by the
1793  * caller.
1794  *
1795  * WARNING! THE RETURNED PAGE IS ONLY HELD AND NOT SUITABLE FOR READING
1796  *          OR WRITING AS-IS.
1797  */
1798 vm_page_t
1799 pmap_fault_page_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot, int *busyp)
1800 {
1801         if (pmap &&
1802             va < VM_MAX_USER_ADDRESS &&
1803             (pmap->pm_flags & PMAP_HVM) == 0) {
1804                 pv_entry_t pt_pv;
1805                 pv_entry_t pte_pv;
1806                 pt_entry_t *ptep;
1807                 pt_entry_t req;
1808                 vm_page_t m;
1809                 int error;
1810
1811                 req = pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1812                       pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
1813                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
1814                         req |= pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX];
1815
1816                 pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
1817                 if (pt_pv == NULL)
1818                         return (NULL);
1819                 ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1820                 if ((*ptep & req) != req) {
1821                         pv_put(pt_pv);
1822                         return (NULL);
1823                 }
1824                 pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(va), NULL, &error);
1825                 if (pte_pv && error == 0) {
1826                         m = pte_pv->pv_m;
1827                         if (prot & VM_PROT_WRITE) {
1828                                 /* interlocked by presence of pv_entry */
1829                                 vm_page_dirty(m);
1830                         }
1831                         if (busyp) {
1832                                 if (prot & VM_PROT_WRITE) {
1833                                         if (vm_page_busy_try(m, TRUE))
1834                                                 m = NULL;
1835                                         *busyp = 1;
1836                                 } else {
1837                                         vm_page_hold(m);
1838                                         *busyp = 0;
1839                                 }
1840                         } else {
1841                                 vm_page_hold(m);
1842                         }
1843                         pv_put(pte_pv);
1844                 } else if (pte_pv) {
1845                         pv_drop(pte_pv);
1846                         m = NULL;
1847                 } else {
1848                         /* error, since we didn't request a placemarker */
1849                         m = NULL;
1850                 }
1851                 pv_put(pt_pv);
1852                 return(m);
1853         } else {
1854                 return(NULL);
1855         }
1856 }
1857
1858 /*
1859  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
1860  */
1861 vm_paddr_t
1862 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1863 {
1864         pd_entry_t pt;          /* pt entry in pd */
1865         vm_paddr_t pa;
1866
1867         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1868                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1869         } else {
1870                 pt = *vtopt(va);
1871                 if (pt & kernel_pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) {
1872                         pa = (pt & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1873                 } else {
1874                         /*
1875                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1876                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1877                          * be used to access the PTE because it would use the
1878                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1879                          * because the page table page is preserved by the
1880                          * promotion.
1881                          */
1882                         pa = *pmap_pt_to_pte(pt, va);
1883                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1884                 }
1885         }
1886         return pa;
1887 }
1888
1889 /***************************************************
1890  * Low level mapping routines.....
1891  ***************************************************/
1892
1893 /*
1894  * Add a wired page to the KVA and invalidate the mapping on all CPUs.
1895  */
1896 void
1897 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1898 {
1899         pt_entry_t *ptep;
1900         pt_entry_t npte;
1901
1902         npte = pa |
1903                kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1904                kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX];
1905 //             pgeflag;
1906         ptep = vtopte(va);
1907 #if 1
1908         pmap_inval_smp(kernel_pmap, va, 1, ptep, npte);
1909 #else
1910         /* FUTURE */
1911         if (*ptep)
1912                 pmap_inval_smp(kernel_pmap, va, ptep, npte);
1913         else
1914                 *ptep = npte;
1915 #endif
1916 }
1917
1918 /*
1919  * Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the mapping on the
1920  * current CPU.  Returns 0 if the previous pte was 0, 1 if it wasn't
1921  * (caller can conditionalize calling smp_invltlb()).
1922  */
1923 int
1924 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1925 {
1926         pt_entry_t *ptep;
1927         pt_entry_t npte;
1928         int res;
1929
1930         npte = pa | kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1931                     kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX];
1932         // npte |= pgeflag;
1933         ptep = vtopte(va);
1934 #if 1
1935         res = 1;
1936 #else
1937         /* FUTURE */
1938         res = (*ptep != 0);
1939 #endif
1940         atomic_swap_long(ptep, npte);
1941         cpu_invlpg((void *)va);
1942
1943         return res;
1944 }
1945
1946 /*
1947  * Enter addresses into the kernel pmap but don't bother
1948  * doing any tlb invalidations.  Caller will do a rollup
1949  * invalidation via pmap_rollup_inval().
1950  */
1951 int
1952 pmap_kenter_noinval(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1953 {
1954         pt_entry_t *ptep;
1955         pt_entry_t npte;
1956         int res;
1957
1958         npte = pa |
1959             kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1960             kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX];
1961 //          pgeflag;
1962         ptep = vtopte(va);
1963 #if 1
1964         res = 1;
1965 #else
1966         /* FUTURE */
1967         res = (*ptep != 0);
1968 #endif
1969         atomic_swap_long(ptep, npte);
1970         cpu_invlpg((void *)va);
1971
1972         return res;
1973 }
1974
1975 /*
1976  * remove a page from the kernel pagetables
1977  */
1978 void
1979 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1980 {
1981         pt_entry_t *ptep;
1982
1983         ptep = vtopte(va);
1984         pmap_inval_smp(kernel_pmap, va, 1, ptep, 0);
1985 }
1986
1987 void
1988 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1989 {
1990         pt_entry_t *ptep;
1991
1992         ptep = vtopte(va);
1993         atomic_readandclear_long(ptep);
1994         cpu_invlpg((void *)va);
1995 }
1996
1997 /*
1998  * Remove addresses from the kernel pmap but don't bother
1999  * doing any tlb invalidations.  Caller will do a rollup
2000  * invalidation via pmap_rollup_inval().
2001  */
2002 void
2003 pmap_kremove_noinval(vm_offset_t va)
2004 {
2005         pt_entry_t *ptep;
2006
2007         ptep = vtopte(va);
2008         atomic_readandclear_long(ptep);
2009 }
2010
2011 /*
2012  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
2013  */
2014 void
2015 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
2016 {
2017         atomic_set_long(vtopte(va), kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX]);
2018         cpu_invlpg((void *)va);
2019 }
2020
2021 /* NOT USED
2022 void
2023 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
2024 {
2025         atomic_set_long(vtopte(va), PG_N);
2026         cpu_invlpg((void *)va);
2027 }
2028 */
2029
2030 /*
2031  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
2032  * address space during the low level boot, typically to map the
2033  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
2034  *
2035  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
2036  * kernel text+data.
2037  *
2038  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
2039  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
2040  * have access to the related pointers.
2041  */
2042 vm_offset_t
2043 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2044 {
2045         vm_offset_t va;
2046         vm_offset_t va_start;
2047
2048         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
2049
2050         va_start = *virtp;
2051         va = va_start;
2052
2053         while (start < end) {
2054                 pmap_kenter_quick(va, start);
2055                 va += PAGE_SIZE;
2056                 start += PAGE_SIZE;
2057         }
2058         *virtp = va;
2059         return va_start;
2060 }
2061
2062 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
2063
2064 /*
2065  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2066  *
2067  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2068  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2069  * when moving pages into a different cache domain.
2070  */
2071 void
2072 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2073 {
2074         vm_offset_t daddr, eva;
2075         int i;
2076
2077         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2078             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
2079                 wbinvd();
2080         else {
2081                 cpu_mfence();
2082                 for (i = 0; i < count; i++) {
2083                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2084                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2085                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
2086                                 clflush(daddr);
2087                 }
2088                 cpu_mfence();
2089         }
2090 }
2091
2092 void
2093 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2094 {
2095         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2096             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2097         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2098             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2099
2100         if (cpu_feature & CPUID_SS) {
2101                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
2102         } else {
2103                 /* Globally invalidate caches */
2104                 cpu_wbinvd_on_all_cpus();
2105         }
2106 }
2107
2108 /*
2109  * Invalidate the specified range of virtual memory on all cpus associated
2110  * with the pmap.
2111  */
2112 void
2113 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2114 {
2115         pmap_inval_smp(pmap, sva, (eva - sva) >> PAGE_SHIFT, NULL, 0);
2116 }
2117
2118 /*
2119  * Add a list of wired pages to the kva.  This routine is used for temporary
2120  * kernel mappings such as those found in buffer cache buffer.  Page
2121  * modifications and accesses are not tracked or recorded.
2122  *
2123  * NOTE! Old mappings are simply overwritten, and we cannot assume relaxed
2124  *       semantics as previous mappings may have been zerod without any
2125  *       invalidation.
2126  *
2127  * The page *must* be wired.
2128  */
2129 static __inline void
2130 _pmap_qenter(vm_offset_t beg_va, vm_page_t *m, int count, int doinval)
2131 {
2132         vm_offset_t end_va;
2133         vm_offset_t va;
2134
2135         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2136
2137         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2138                 pt_entry_t pte;
2139                 pt_entry_t *ptep;
2140
2141                 ptep = vtopte(va);
2142                 pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) |
2143                         kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2144                         kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2145                         kernel_pmap->pmap_cache_bits_pte[(*m)->pat_mode];
2146 //              pgeflag;
2147                 atomic_swap_long(ptep, pte);
2148                 m++;
2149         }
2150         if (doinval)
2151                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, beg_va, end_va);
2152 }
2153
2154 void
2155 pmap_qenter(vm_offset_t beg_va, vm_page_t *m, int count)
2156 {
2157         _pmap_qenter(beg_va, m, count, 1);
2158 }
2159
2160 void
2161 pmap_qenter_noinval(vm_offset_t beg_va, vm_page_t *m, int count)
2162 {
2163         _pmap_qenter(beg_va, m, count, 0);
2164 }
2165
2166 /*
2167  * This routine jerks page mappings from the kernel -- it is meant only
2168  * for temporary mappings such as those found in buffer cache buffers.
2169  * No recording modified or access status occurs.
2170  *
2171  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
2172  */
2173 void
2174 pmap_qremove(vm_offset_t beg_va, int count)
2175 {
2176         vm_offset_t end_va;
2177         vm_offset_t va;
2178
2179         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2180
2181         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2182                 pt_entry_t *pte;
2183
2184                 pte = vtopte(va);
2185                 atomic_readandclear_long(pte);
2186                 cpu_invlpg((void *)va);
2187         }
2188         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, beg_va, end_va);
2189 }
2190
2191 /*
2192  * This routine removes temporary kernel mappings, only invalidating them
2193  * on the current cpu.  It should only be used under carefully controlled
2194  * conditions.
2195  */
2196 void
2197 pmap_qremove_quick(vm_offset_t beg_va, int count)
2198 {
2199         vm_offset_t end_va;
2200         vm_offset_t va;
2201
2202         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2203
2204         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2205                 pt_entry_t *pte;
2206
2207                 pte = vtopte(va);
2208                 atomic_readandclear_long(pte);
2209                 cpu_invlpg((void *)va);
2210         }
2211 }
2212
2213 /*
2214  * This routine removes temporary kernel mappings *without* invalidating
2215  * the TLB.  It can only be used on permanent kva reservations such as those
2216  * found in buffer cache buffers, under carefully controlled circumstances.
2217  *
2218  * NOTE: Repopulating these KVAs requires unconditional invalidation.
2219  *       (pmap_qenter() does unconditional invalidation).
2220  */
2221 void
2222 pmap_qremove_noinval(vm_offset_t beg_va, int count)
2223 {
2224         vm_offset_t end_va;
2225         vm_offset_t va;
2226
2227         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2228
2229         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2230                 pt_entry_t *pte;
2231
2232                 pte = vtopte(va);
2233                 atomic_readandclear_long(pte);
2234         }
2235 }
2236
2237 /*
2238  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
2239  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
2240  */
2241 void
2242 pmap_init_thread(thread_t td)
2243 {
2244         /* enforce pcb placement & alignment */
2245         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
2246         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
2247         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
2248         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
2249 }
2250
2251 /*
2252  * This routine directly affects the fork perf for a process.
2253  */
2254 void
2255 pmap_init_proc(struct proc *p)
2256 {
2257 }
2258
2259 static void
2260 pmap_pinit_defaults(struct pmap *pmap)
2261 {
2262         bcopy(pmap_bits_default, pmap->pmap_bits,
2263               sizeof(pmap_bits_default));
2264         bcopy(protection_codes, pmap->protection_codes,
2265               sizeof(protection_codes));
2266         bcopy(pat_pte_index, pmap->pmap_cache_bits_pte,
2267               sizeof(pat_pte_index));
2268         bcopy(pat_pde_index, pmap->pmap_cache_bits_pde,
2269               sizeof(pat_pte_index));
2270         pmap->pmap_cache_mask_pte = X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD | X86_PG_PTE_PAT;
2271         pmap->pmap_cache_mask_pde = X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD | X86_PG_PDE_PAT;
2272         pmap->copyinstr = std_copyinstr;
2273         pmap->copyin = std_copyin;
2274         pmap->copyout = std_copyout;
2275         pmap->fubyte = std_fubyte;
2276         pmap->subyte = std_subyte;
2277         pmap->fuword32 = std_fuword32;
2278         pmap->fuword64 = std_fuword64;
2279         pmap->suword32 = std_suword32;
2280         pmap->suword64 = std_suword64;
2281         pmap->swapu32 = std_swapu32;
2282         pmap->swapu64 = std_swapu64;
2283         pmap->fuwordadd32 = std_fuwordadd32;
2284         pmap->fuwordadd64 = std_fuwordadd64;
2285
2286         /* Used by NVMM */
2287         pmap->pm_data = NULL;
2288         pmap->pm_tlb_flush = NULL;
2289 }
2290 /*
2291  * Initialize pmap0/vmspace0.
2292  *
2293  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
2294  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
2295  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
2296  */
2297 void
2298 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
2299 {
2300         int i;
2301
2302         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
2303         pmap->pm_count = 1;
2304         CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
2305         pmap->pm_pvhint_pt = NULL;
2306         pmap->pm_pvhint_unused = NULL;
2307         RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
2308         spin_init(&pmap->pm_spin, "pmapinit0");
2309         for (i = 0; i < PM_PLACEMARKS; ++i)
2310                 pmap->pm_placemarks[i] = PM_NOPLACEMARK;
2311         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2312         pmap_pinit_defaults(pmap);
2313 }
2314
2315 /*
2316  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2317  * such as one in a vmspace structure.
2318  */
2319 static void
2320 pmap_pinit_simple(struct pmap *pmap)
2321 {
2322         int i;
2323
2324         /*
2325          * Misc initialization
2326          */
2327         pmap->pm_count = 1;
2328         CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
2329         pmap->pm_pvhint_pt = NULL;
2330         pmap->pm_pvhint_unused = NULL;
2331         pmap->pm_flags = PMAP_FLAG_SIMPLE;
2332
2333         pmap_pinit_defaults(pmap);
2334
2335         /*
2336          * Don't blow up locks/tokens on re-use (XXX fix/use drop code
2337          * for this).
2338          */
2339         if (pmap->pm_pmlpv == NULL) {
2340                 RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
2341                 bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2342                 spin_init(&pmap->pm_spin, "pmapinitsimple");
2343                 for (i = 0; i < PM_PLACEMARKS; ++i)
2344                         pmap->pm_placemarks[i] = PM_NOPLACEMARK;
2345         }
2346 }
2347
2348 void
2349 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
2350 {
2351         pv_entry_t pv;
2352         int j;
2353
2354         if (pmap->pm_pmlpv) {
2355                 /* Completely clear the cached pmap if not REGULAR_PMAP. */
2356                 if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] != REGULAR_PMAP) {
2357                         pmap_puninit(pmap);
2358                 }
2359         }
2360
2361         pmap_pinit_simple(pmap);
2362         pmap->pm_flags &= ~PMAP_FLAG_SIMPLE;
2363
2364         /*
2365          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
2366          * page directory table.
2367          */
2368         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
2369                 pmap->pm_pml4 =
2370                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(kernel_map,
2371                                                         PAGE_SIZE * 2,
2372                                                         VM_SUBSYS_PML4);
2373                 pmap->pm_pml4_iso = (void *)((char *)pmap->pm_pml4 + PAGE_SIZE);
2374         }
2375
2376         /*
2377          * Allocate the PML4e table, which wires it even though it isn't
2378          * being entered into some higher level page table (it being the
2379          * highest level).  If one is already cached we don't have to do
2380          * anything.
2381          */
2382         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) == NULL) {
2383                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
2384                 pmap->pm_pmlpv = pv;
2385                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4,
2386                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
2387                 pv_put(pv);
2388
2389                 /*
2390                  * Install DMAP and KMAP.
2391                  */
2392                 for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
2393                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + j] =
2394                             (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT)) |
2395                             pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2396                             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2397                             pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
2398                 }
2399                 for (j = 0; j < NKPML4E; ++j) {
2400                         pmap->pm_pml4[KPML4I + j] =
2401                             (KPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT)) |
2402                             pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2403                             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2404                             pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
2405                 }
2406
2407                 /*
2408                  * install self-referential address mapping entry
2409                  */
2410                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
2411                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2412                     pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2413                     pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
2414         } else {
2415                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
2416                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
2417         }
2418         KKASSERT(pmap->pm_pml4[255] == 0);
2419
2420         /*
2421          * When implementing an isolated userland pmap, a second PML4e table
2422          * is needed.  We use pmap_pml4_pindex() + 1 for convenience, but
2423          * note that we do not operate on this table using our API functions
2424          * so handling of the + 1 case is mostly just to prevent implosions.
2425          *
2426          * We install an isolated version of the kernel PDPs into this
2427          * second PML4e table.  The pmap code will mirror all user PDPs
2428          * between the primary and secondary PML4e table.
2429          */
2430         if ((pv = pmap->pm_pmlpv_iso) == NULL && meltdown_mitigation &&
2431             pmap != &iso_pmap) {
2432                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex() + 1, NULL);
2433                 pmap->pm_pmlpv_iso = pv;
2434                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4_iso,
2435                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
2436                 pv_put(pv);
2437
2438                 /*
2439                  * Install an isolated version of the kernel pmap for
2440                  * user consumption, using PDPs constructed in iso_pmap.
2441                  */
2442                 for (j = 0; j < NKPML4E; ++j) {
2443                         pmap->pm_pml4_iso[KPML4I + j] =
2444                                 iso_pmap.pm_pml4[KPML4I + j];
2445                 }
2446         } else if (pv) {
2447                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
2448                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
2449         }
2450 }
2451
2452 /*
2453  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
2454  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
2455  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
2456  * of cleanup work to do here.
2457  */
2458 void
2459 pmap_puninit(pmap_t pmap)
2460 {
2461         pv_entry_t pv;
2462         vm_page_t p;
2463
2464         KKASSERT(CPUMASK_TESTZERO(pmap->pm_active));
2465         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) != NULL) {
2466                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
2467                         pv_lock(pv);
2468                 KKASSERT(pv == pmap->pm_pmlpv);
2469                 p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
2470                 pv_free(pv, NULL);
2471                 pv = NULL;      /* safety */
2472                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
2473                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
2474                 KKASSERT(p->flags & PG_UNQUEUED);
2475                 vm_page_unwire(p, 0);
2476                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2477                 vm_page_free(p);
2478                 pmap->pm_pmlpv = NULL;
2479         }
2480         if ((pv = pmap->pm_pmlpv_iso) != NULL) {
2481                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
2482                         pv_lock(pv);
2483                 KKASSERT(pv == pmap->pm_pmlpv_iso);
2484                 p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
2485                 pv_free(pv, NULL);
2486                 pv = NULL;      /* safety */
2487                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4_iso);
2488                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
2489                 KKASSERT(p->flags & PG_UNQUEUED);
2490                 vm_page_unwire(p, 0);
2491                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2492                 vm_page_free(p);
2493                 pmap->pm_pmlpv_iso = NULL;
2494         }
2495         if (pmap->pm_pml4) {
2496                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
2497                 kmem_free(kernel_map,
2498                           (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE * 2);
2499                 pmap->pm_pml4 = NULL;
2500                 pmap->pm_pml4_iso = NULL;
2501         }
2502         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0);
2503         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
2504 }
2505
2506 /*
2507  * This function is now unused (used to add the pmap to the pmap_list)
2508  */
2509 void
2510 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
2511 {
2512 }
2513
2514 /*
2515  * Transform an initialized pmap for Intel EPT.
2516  */
2517 void
2518 pmap_ept_transform(pmap_t pmap, int flags)
2519 {
2520         uint64_t pmap_bits_ept[PG_BITS_SIZE] = {
2521                 [TYPE_IDX]      = EPT_PMAP,
2522                 [PG_V_IDX]      = EPT_PG_READ | EPT_PG_EXECUTE,
2523                 [PG_RW_IDX]     = EPT_PG_WRITE,
2524                 [PG_U_IDX]      = 0, /* no support in EPT */
2525                 [PG_A_IDX]      = EPT_PG_A,
2526                 [PG_M_IDX]      = EPT_PG_M,
2527                 [PG_PS_IDX]     = EPT_PG_PS,
2528                 [PG_G_IDX]      = 0, /* no support in EPT */
2529                 [PG_W_IDX]      = EPT_PG_AVAIL1,
2530                 [PG_MANAGED_IDX] = EPT_PG_AVAIL2,
2531                 [PG_N_IDX]      = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_MEM_TYPE_UC,
2532                 [PG_NX_IDX]     = 0, /* no support in EPT */
2533         };
2534         uint64_t protection_codes_ept[PROTECTION_CODES_SIZE] = {
2535                 [VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE  | VM_PROT_NONE   ] = 0,
2536                 [VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE  | VM_PROT_NONE   ] = 0,
2537                 [VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE  | VM_PROT_EXECUTE] = 0,
2538                 [VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE  | VM_PROT_EXECUTE] = 0,
2539                 [VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE   ] =
2540                         pmap_bits_ept[PG_RW_IDX],
2541                 [VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE] =
2542                         pmap_bits_ept[PG_RW_IDX],
2543                 [VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE   ] =
2544                         pmap_bits_ept[PG_RW_IDX],
2545                 [VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE] =
2546                         pmap_bits_ept[PG_RW_IDX],
2547         };
2548         pt_entry_t pmap_cache_bits_ept[PAT_INDEX_SIZE] = {
2549                 [PAT_UNCACHEABLE]       = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_MEM_TYPE_UC,
2550                 [PAT_WRITE_COMBINING]   = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_MEM_TYPE_WC,
2551                 [PAT_WRITE_THROUGH]     = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_MEM_TYPE_WT,
2552                 [PAT_WRITE_PROTECTED]   = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_MEM_TYPE_WP,
2553                 [PAT_WRITE_BACK]        = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_MEM_TYPE_WB,
2554                 [PAT_UNCACHED]          = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_MEM_TYPE_UC,
2555         };
2556         pt_entry_t pmap_cache_mask_ept = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_MEM_TYPE_MASK;
2557
2558         pmap->pm_flags |= (flags | PMAP_HVM);
2559         bcopy(pmap_bits_ept, pmap->pmap_bits, sizeof(pmap_bits_ept));
2560         bcopy(protection_codes_ept, pmap->protection_codes,
2561               sizeof(protection_codes_ept));
2562         bcopy(pmap_cache_bits_ept, pmap->pmap_cache_bits_pte,
2563               sizeof(pmap_cache_bits_ept));
2564         bcopy(pmap_cache_bits_ept, pmap->pmap_cache_bits_pde,
2565               sizeof(pmap_cache_bits_ept));
2566         pmap->pmap_cache_mask_pte = pmap_cache_mask_ept;
2567         pmap->pmap_cache_mask_pde = pmap_cache_mask_ept;
2568
2569         /*
2570          * Zero out page directories.  These are only used by the VM.  Note
2571          * that the valid area is two pages if there is a pm_pmlpv_iso PTE
2572          * installed, otherwise it is only one page.  The ISO page isn't used
2573          * either way but clean it out anyway if it exists.
2574          */
2575         if (pmap->pm_pmlpv_iso != NULL)
2576                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE * 2);
2577         else
2578                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
2579 }
2580
2581 /*
2582  * Transform an initialized pmap for AMD NPT/RVI.
2583  */
2584 void
2585 pmap_npt_transform(pmap_t pmap, int flags)
2586 {
2587         uint64_t protection_codes_npt[PROTECTION_CODES_SIZE] = {
2588                 [VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE  | VM_PROT_NONE   ] = 0,
2589                 [VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE  | VM_PROT_NONE   ] = 0,
2590                 [VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE  | VM_PROT_EXECUTE] = 0,
2591                 [VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE  | VM_PROT_EXECUTE] = 0,
2592                 [VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE   ] =
2593                         pmap_bits_default[PG_RW_IDX],
2594                 [VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE] =
2595                         pmap_bits_default[PG_RW_IDX],
2596                 [VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE   ] =
2597                         pmap_bits_default[PG_RW_IDX],
2598                 [VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE] =
2599                         pmap_bits_default[PG_RW_IDX],
2600         };
2601
2602         pmap->pm_flags |= (flags | PMAP_HVM);
2603         pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] = NPT_PMAP;
2604         /* Set PG_G and PG_NX bits to 0, similar to the EPT case above. */
2605         pmap->pmap_bits[PG_G_IDX] = 0;
2606         pmap->pmap_bits[PG_NX_IDX] = 0;
2607
2608         bcopy(protection_codes_npt, pmap->protection_codes,
2609               sizeof(protection_codes_npt));
2610
2611         if (pmap->pm_pmlpv_iso != NULL)
2612                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE * 2);
2613         else
2614                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
2615 }
2616
2617 /*
2618  * This routine is called when various levels in the page table need to
2619  * be populated.  This routine cannot fail.
2620  *
2621  * This function returns two locked pv_entry's, one representing the
2622  * requested pv and one representing the requested pv's parent pv.  If
2623  * an intermediate page table does not exist it will be created, mapped,
2624  * wired, and the parent page table will be given an additional hold
2625  * count representing the presence of the child pv_entry.
2626  */
2627 static
2628 pv_entry_t
2629 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp)
2630 {
2631         pt_entry_t *ptep;
2632         pt_entry_t *ptep_iso;
2633         pv_entry_t pv;
2634         pv_entry_t pvp;
2635         pt_entry_t v;
2636         vm_page_t m;
2637         int isnew;
2638         int ispt;
2639
2640         /*
2641          * If the pv already exists and we aren't being asked for the
2642          * parent page table page we can just return it.  A locked+held pv
2643          * is returned.  The pv will also have a second hold related to the
2644          * pmap association that we don't have to worry about.
2645          */
2646         ispt = 0;
2647         pv = pv_alloc(pmap, ptepindex, &isnew);
2648         if (isnew == 0 && pvpp == NULL)
2649                 return(pv);
2650
2651         /*
2652          * DragonFly doesn't use PV's to represent terminal PTEs any more.
2653          * The index range is still used for placemarkers, but not for
2654          * actual pv_entry's.
2655          */
2656         KKASSERT(ptepindex >= pmap_pt_pindex(0));
2657
2658         /*
2659          * Note that pt_pv's are only returned for user VAs. We assert that
2660          * a pt_pv is not being requested for kernel VAs.  The kernel
2661          * pre-wires all higher-level page tables so don't overload managed
2662          * higher-level page tables on top of it!
2663          *
2664          * However, its convenient for us to allow the case when creating
2665          * iso_pmap.  This is a bit of a hack but it simplifies iso_pmap
2666          * a lot.
2667          */
2668
2669         /*
2670          * The kernel never uses managed PT/PD/PDP pages.
2671          */
2672         KKASSERT(pmap != kernel_pmap);
2673
2674         /*
2675          * Non-terminal PVs allocate a VM page to represent the page table,
2676          * so we have to resolve pvp and calculate ptepindex for the pvp
2677          * and then for the page table entry index in the pvp for
2678          * fall-through.
2679          */
2680         if (ptepindex < pmap_pd_pindex(0)) {
2681                 /*
2682                  * pv is PT, pvp is PD
2683                  */
2684                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pt_pindex(0)) >> NPDEPGSHIFT;
2685                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
2686                 pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
2687
2688                 /*
2689                  * PT index in PD
2690                  */
2691                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pt_pindex(0);
2692                 ptepindex &= ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1);
2693                 ispt = 1;
2694         } else if (ptepindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
2695                 /*
2696                  * pv is PD, pvp is PDP
2697                  *
2698                  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps do not allocate above
2699                  *                   the PD.
2700                  */
2701                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pd_pindex(0)) >> NPDPEPGSHIFT;
2702                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
2703
2704                 if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
2705                         KKASSERT(pvpp == NULL);
2706                         pvp = NULL;
2707                 } else {
2708                         pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
2709                 }
2710
2711                 /*
2712                  * PD index in PDP
2713                  */
2714                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pd_pindex(0);
2715                 ptepindex &= ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1);
2716         } else if (ptepindex < pmap_pml4_pindex()) {
2717                 /*
2718                  * pv is PDP, pvp is the root pml4 table
2719                  */
2720                 pvp = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
2721
2722                 /*
2723                  * PDP index in PML4
2724                  */
2725                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pdp_pindex(0);
2726                 ptepindex &= ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1);
2727         } else {
2728                 /*
2729                  * pv represents the top-level PML4, there is no parent.
2730                  */
2731                 pvp = NULL;
2732         }
2733
2734         if (isnew == 0)
2735                 goto notnew;
2736
2737         /*
2738          * (isnew) is TRUE.
2739          *
2740          * (1) Add a wire count to the parent page table (pvp).
2741          * (2) Allocate a VM page for the page table.
2742          * (3) Enter the VM page into the parent page table.
2743          *
2744          * page table pages are marked PG_WRITEABLE and PG_MAPPED.
2745          */
2746         if (pvp)
2747                 vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
2748
2749         for (;;) {
2750                 m = vm_page_alloc(NULL, pv->pv_pindex,
2751                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
2752                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
2753                 if (m)
2754                         break;
2755                 vm_wait(0);
2756         }
2757         vm_page_wire(m);        /* wire for mapping in parent */
2758         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2759         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2760         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_UNQUEUED);
2761         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
2762
2763         pv->pv_m = m;
2764
2765         /*
2766          * (isnew) is TRUE.
2767          *
2768          * Wire the page into pvp.  Bump the resident_count for the pmap.
2769          * There is no pvp for the top level, address the pm_pml4[] array
2770          * directly.
2771          *
2772          * If the caller wants the parent we return it, otherwise
2773          * we just put it away.
2774          *
2775          * No interlock is needed for pte 0 -> non-zero.
2776          *
2777          * In the situation where *ptep is valid we might have an unmanaged
2778          * page table page shared from another page table which we need to
2779          * unshare before installing our private page table page.
2780          */
2781         if (pvp) {
2782                 v = VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
2783                     (pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2784                      pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2785                      pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
2786                 if (ptepindex < NUPTE_USER)
2787                         v |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
2788                 if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0))
2789                         v |= pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
2790
2791                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
2792                 if (pvp == pmap->pm_pmlpv && pmap->pm_pmlpv_iso)
2793                         ptep_iso = pv_pte_lookup(pmap->pm_pmlpv_iso, ptepindex);
2794                 else
2795                         ptep_iso  = NULL;
2796                 if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
2797                         panic("pmap_allocpte: ptpte present without pv_entry!");
2798                 } else {
2799                         pt_entry_t pte;
2800
2801                         pte = atomic_swap_long(ptep, v);
2802                         if (ptep_iso)
2803                                 atomic_swap_long(ptep_iso, v);
2804                         if (pte != 0) {
2805                                 kprintf("install pgtbl mixup 0x%016jx "
2806                                         "old/new 0x%016jx/0x%016jx\n",
2807                                         (intmax_t)ptepindex, pte, v);
2808                         }
2809                 }
2810         }
2811         vm_page_wakeup(m);
2812
2813 notnew:
2814         /*
2815          * (isnew) may be TRUE or FALSE.
2816          */
2817         if (pvp) {
2818                 KKASSERT(pvp->pv_m != NULL);
2819                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
2820                 v = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
2821                     (pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2822                      pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2823                      pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
2824                 if (ptepindex < NUPTE_USER)
2825                         v |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
2826                 if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0))
2827                         v |= pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
2828                 if (*ptep != v) {
2829                         kprintf("mismatched upper level pt %016jx/%016jx\n",
2830                                 *ptep, v);
2831                 }
2832         }
2833         if (pvpp)
2834                 *pvpp = pvp;
2835         else if (pvp)
2836                 pv_put(pvp);
2837         return (pv);
2838 }
2839
2840 /*
2841  * Release any resources held by the given physical map.
2842  *
2843  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.  Should
2844  * only be called if the map contains no valid mappings.
2845  */
2846 struct pmap_release_info {
2847         pmap_t  pmap;
2848         int     retry;
2849         pv_entry_t pvp;
2850 };
2851
2852 static int pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data);
2853
2854 void
2855 pmap_release(struct pmap *pmap)
2856 {
2857         struct pmap_release_info info;
2858
2859         KASSERT(CPUMASK_TESTZERO(pmap->pm_active),
2860                 ("pmap still active! %016jx",
2861                 (uintmax_t)CPUMASK_LOWMASK(pmap->pm_active)));
2862
2863         /*
2864          * There is no longer a pmap_list, if there were we would remove the
2865          * pmap from it here.
2866          */
2867
2868         /*
2869          * Pull pv's off the RB tree in order from low to high and release
2870          * each page.
2871          */
2872         info.pmap = pmap;
2873         do {
2874                 info.retry = 0;
2875                 info.pvp = NULL;
2876
2877                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2878                 RB_SCAN(pv_entry_rb_tree, &pmap->pm_pvroot, NULL,
2879                         pmap_release_callback, &info);
2880                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2881
2882                 if (info.pvp)
2883                         pv_put(info.pvp);
2884         } while (info.retry);
2885
2886
2887         /*
2888          * One resident page (the pml4 page) should remain.  Two if
2889          * the pmap has implemented an isolated userland PML4E table.
2890          * No wired pages should remain.
2891          */
2892         int expected_res = 0;
2893
2894         if ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) == 0)
2895                 ++expected_res;
2896         if (pmap->pm_pmlpv_iso)
2897                 ++expected_res;
2898
2899 #if 1
2900         if (pmap->pm_stats.resident_count != expected_res ||
2901             pmap->pm_stats.wired_count != 0) {
2902                 kprintf("fatal pmap problem - pmap %p flags %08x "
2903                         "rescnt=%jd wirecnt=%jd\n",
2904                         pmap,
2905                         pmap->pm_flags,
2906                         pmap->pm_stats.resident_count,
2907                         pmap->pm_stats.wired_count);
2908                 tsleep(pmap, 0, "DEAD", 0);
2909         }
2910 #else
2911         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == expected_res);
2912         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
2913 #endif
2914 }
2915
2916 /*
2917  * Called from low to high.  We must cache the proper parent pv so we
2918  * can adjust its wired count.
2919  */
2920 static int
2921 pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data)
2922 {
2923         struct pmap_release_info *info = data;
2924         pmap_t pmap = info->pmap;
2925         vm_pindex_t pindex;
2926         int r;
2927
2928         /*
2929          * Acquire a held and locked pv, check for release race
2930          */
2931         pindex = pv->pv_pindex;
2932         if (info->pvp == pv) {
2933                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2934                 info->pvp = NULL;
2935         } else if (pv_hold_try(pv)) {
2936                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2937         } else {
2938                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2939                 pv_lock(pv);
2940                 pv_put(pv);
2941                 info->retry = 1;
2942                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2943
2944                 return -1;
2945         }
2946         KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap && pindex == pv->pv_pindex);
2947
2948         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
2949                 /*
2950                  * I am PTE, parent is PT
2951                  */
2952                 pindex = pv->pv_pindex >> NPTEPGSHIFT;
2953                 pindex += NUPTE_TOTAL;
2954         } else if (pv->pv_pindex < pmap_pd_pindex(0)) {
2955                 /*
2956                  * I am PT, parent is PD
2957                  */
2958                 pindex = (pv->pv_pindex - NUPTE_TOTAL) >> NPDEPGSHIFT;
2959                 pindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
2960         } else if (pv->pv_pindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
2961                 /*
2962                  * I am PD, parent is PDP
2963                  */
2964                 pindex = (pv->pv_pindex - NUPTE_TOTAL - NUPT_TOTAL) >>
2965                          NPDPEPGSHIFT;
2966                 pindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
2967         } else if (pv->pv_pindex < pmap_pml4_pindex()) {
2968                 /*
2969                  * I am PDP, parent is PML4.  We always calculate the
2970                  * normal PML4 here, not the isolated PML4.
2971                  */
2972                 pindex = pmap_pml4_pindex();
2973         } else {
2974                 /*
2975                  * parent is NULL
2976                  */
2977                 if (info->pvp) {
2978                         pv_put(info->pvp);
2979                         info->pvp = NULL;
2980                 }
2981                 pindex = 0;
2982         }
2983         if (pindex) {
2984                 if (info->pvp && info->pvp->pv_pindex != pindex) {
2985                         pv_put(info->pvp);
2986                         info->pvp = NULL;
2987                 }
2988                 if (info->pvp == NULL)
2989                         info->pvp = pv_get(pmap, pindex, NULL);
2990         } else {
2991                 if (info->pvp) {
2992                         pv_put(info->pvp);
2993                         info->pvp = NULL;
2994                 }
2995         }
2996         r = pmap_release_pv(pv, info->pvp, NULL);
2997         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2998
2999         return(r);
3000 }
3001
3002 /*
3003  * Called with held (i.e. also locked) pv.  This function will dispose of
3004  * the lock along with the pv.
3005  *
3006  * If the caller already holds the locked parent page table for pv it
3007  * must pass it as pvp, allowing us to avoid a deadlock, else it can
3008  * pass NULL for pvp.
3009  */
3010 static int
3011 pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, pmap_inval_bulk_t *bulk)
3012 {
3013         vm_page_t p;
3014
3015         /*
3016          * The pmap is currently not spinlocked, pv is held+locked.
3017          * Remove the pv's page from its parent's page table.  The
3018          * parent's page table page's wire_count will be decremented.
3019          *
3020          * This will clean out the pte at any level of the page table.
3021          * If smp != 0 all cpus are affected.
3022          *
3023          * Do not tear-down recursively, its faster to just let the
3024          * release run its course.
3025          */
3026         pmap_remove_pv_pte(pv, pvp, bulk, 0);
3027
3028         /*
3029          * Terminal pvs are unhooked from their vm_pages.  Because
3030          * terminal pages aren't page table pages they aren't wired
3031          * by us, so we have to be sure not to unwire them either.
3032          *
3033          * XXX It is unclear if this code ever gets called because we
3034          *     no longer use pv's to track terminal pages.
3035          */
3036         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
3037                 pmap_remove_pv_page(pv, 0);
3038                 goto skip;
3039         }
3040
3041         /*
3042          * We leave the top-level page table page cached, wired, and
3043          * mapped in the pmap until the dtor function (pmap_puninit())
3044          * gets called.
3045          *
3046          * Since we are leaving the top-level pv intact we need
3047          * to break out of what would otherwise be an infinite loop.
3048          *
3049          * This covers both the normal and the isolated PML4 page.
3050          */
3051         if (pv->pv_pindex >= pmap_pml4_pindex()) {
3052                 pv_put(pv);
3053                 return(-1);
3054         }
3055
3056         /*
3057          * For page table pages (other than the top-level page),
3058          * remove and free the vm_page.  The representitive mapping
3059          * removed above by pmap_remove_pv_pte() did not undo the
3060          * last wire_count so we have to do that as well.
3061          */
3062         p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
3063         vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pmaprl");
3064         if (p->wire_count != 1) {
3065                 const char *tstr;
3066
3067                 if (pv->pv_pindex >= pmap_pdp_pindex(0))
3068                         tstr = "PDP";
3069                 else if (pv->pv_pindex >= pmap_pd_pindex(0))
3070                         tstr = "PD";
3071                 else if (pv->pv_pindex >= pmap_pt_pindex(0))
3072                         tstr = "PT";
3073                 else
3074                         tstr = "PTE";
3075
3076                 kprintf("p(%s) p->wire_count was %016lx %d\n",
3077                         tstr, pv->pv_pindex, p->wire_count);
3078         }
3079         KKASSERT(p->wire_count == 1);
3080         KKASSERT(p->flags & PG_UNQUEUED);
3081
3082         vm_page_unwire(p, 0);
3083         KKASSERT(p->wire_count == 0);
3084
3085         vm_page_free(p);
3086 skip:
3087         pv_free(pv, pvp);
3088
3089         return 0;
3090 }
3091
3092 /*
3093  * This function will remove the pte associated with a pv from its parent.
3094  * Terminal pv's are supported.  All cpus specified by (bulk) are properly
3095  * invalidated.
3096  *
3097  * The wire count will be dropped on the parent page table.  The wire
3098  * count on the page being removed (pv->pv_m) from the parent page table
3099  * is NOT touched.  Note that terminal pages will not have any additional
3100  * wire counts while page table pages will have at least one representing
3101  * the mapping, plus others representing sub-mappings.
3102  *
3103  * NOTE: Cannot be called on kernel page table pages, only KVM terminal
3104  *       pages and user page table and terminal pages.
3105  *
3106  * NOTE: The pte being removed might be unmanaged, and the pv supplied might
3107  *       be freshly allocated and not imply that the pte is managed.  In this
3108  *       case pv->pv_m should be NULL.
3109  *
3110  * The pv must be locked.  The pvp, if supplied, must be locked.  All
3111  * supplied pv's will remain locked on return.
3112  *
3113  * XXX must lock parent pv's if they exist to remove pte XXX
3114  */
3115 static
3116 void
3117 pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, pmap_inval_bulk_t *bulk,
3118                    int destroy)
3119 {
3120         vm_pindex_t ptepindex = pv->pv_pindex;
3121         pmap_t pmap = pv->pv_pmap;
3122         vm_page_t p;
3123         int gotpvp = 0;
3124
3125         KKASSERT(pmap);
3126
3127         if (ptepindex >= pmap_pml4_pindex()) {
3128                 /*
3129                  * We are the top level PML4E table, there is no parent.
3130                  *
3131                  * This is either the normal or isolated PML4E table.
3132                  * Only the normal is used in regular operation, the isolated
3133                  * is only passed in when breaking down the whole pmap.
3134                  */
3135                 p = pmap->pm_pmlpv->pv_m;
3136                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3137         } else if (ptepindex >= pmap_pdp_pindex(0)) {
3138                 /*
3139                  * Remove a PDP page from the PML4E.  This can only occur
3140                  * with user page tables.  We do not have to lock the
3141                  * pml4 PV so just ignore pvp.
3142                  */
3143                 vm_pindex_t pml4_pindex;
3144                 vm_pindex_t pdp_index;
3145                 pml4_entry_t *pdp;
3146                 pml4_entry_t *pdp_iso;
3147
3148                 pdp_index = ptepindex - pmap_pdp_pindex(0);
3149                 if (pvp == NULL) {
3150                         pml4_pindex = pmap_pml4_pindex();
3151                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pml4_pindex, NULL);
3152                         KKASSERT(pvp);
3153                         gotpvp = 1;
3154                 }
3155
3156                 pdp = &pmap->pm_pml4[pdp_index & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
3157                 KKASSERT((*pdp & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
3158                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3159                 pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pdp, 0);
3160
3161                 /*
3162                  * Also remove the PDP from the isolated PML4E if the
3163                  * process uses one.
3164                  */
3165                 if (pvp == pmap->pm_pmlpv && pmap->pm_pmlpv_iso) {
3166                         pdp_iso = &pmap->pm_pml4_iso[pdp_index &
3167                                                 ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
3168                         pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pdp_iso, 0);
3169                 }
3170                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3171         } else if (ptepindex >= pmap_pd_pindex(0)) {
3172                 /*
3173                  * Remove a PD page from the PDP
3174                  *
3175                  * SIMPLE PMAP NOTE: Non-existant pvp's are ok in the case
3176                  *                   of a simple pmap because it stops at
3177                  *                   the PD page.
3178                  */
3179                 vm_pindex_t pdp_pindex;
3180                 vm_pindex_t pd_index;
3181                 pdp_entry_t *pd;
3182
3183                 pd_index = ptepindex - pmap_pd_pindex(0);
3184
3185                 if (pvp == NULL) {
3186                         pdp_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
3187                                      (pd_index >> NPML4EPGSHIFT);
3188                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pdp_pindex, NULL);
3189                         gotpvp = 1;
3190                 }
3191
3192                 if (pvp) {
3193                         pd = pv_pte_lookup(pvp, pd_index &
3194                                                 ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
3195                         KKASSERT((*pd & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
3196                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3197                         pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pd, 0);
3198                 } else {
3199                         KKASSERT(pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE);
3200                         p = pv->pv_m;           /* degenerate test later */
3201                 }
3202                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3203         } else if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0)) {
3204                 /*
3205                  *  Remove a PT page from the PD
3206                  */
3207                 vm_pindex_t pd_pindex;
3208                 vm_pindex_t pt_index;
3209                 pd_entry_t *pt;
3210
3211                 pt_index = ptepindex - pmap_pt_pindex(0);
3212
3213                 if (pvp == NULL) {
3214                         pd_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
3215                                     (pt_index >> NPDPEPGSHIFT);
3216                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pd_pindex, NULL);
3217                         KKASSERT(pvp);
3218                         gotpvp = 1;
3219                 }
3220
3221                 pt = pv_pte_lookup(pvp, pt_index & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
3222 #if 0
3223                 KASSERT((*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0,
3224                         ("*pt unexpectedly invalid %016jx "
3225                          "gotpvp=%d ptepindex=%ld ptindex=%ld pv=%p pvp=%p",
3226                         *pt, gotpvp, ptepindex, pt_index, pv, pvp));
3227                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
3228 #else
3229                 if ((*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0) {
3230                         kprintf("*pt unexpectedly invalid %016jx "
3231                                 "gotpvp=%d ptepindex=%ld ptindex=%ld "
3232                                 "pv=%p pvp=%p\n",
3233                                 *pt, gotpvp, ptepindex, pt_index, pv, pvp);
3234                         tsleep(pt, 0, "DEAD", 0);
3235                         p = pv->pv_m;
3236                 } else {
3237                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
3238                 }
3239 #endif
3240                 pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pt, 0);
3241                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3242         } else {
3243                 KKASSERT(0);
3244         }
3245
3246         /*
3247          * If requested, scrap the underlying pv->pv_m and the underlying
3248          * pv.  If this is a page-table-page we must also free the page.
3249          *
3250          * pvp must be returned locked.
3251          */
3252         if (destroy == 1) {
3253                 /*
3254                  * page table page (PT, PD, PDP, PML4), caller was responsible
3255                  * for testing wired_count.
3256                  */
3257                 KKASSERT(pv->pv_m->wire_count == 1);
3258                 p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
3259                 pv_free(pv, pvp);
3260                 pv = NULL;
3261
3262                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
3263                 vm_page_unwire(p, 0);
3264                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3265                 vm_page_free(p);
3266         }
3267
3268         /*
3269          * If we acquired pvp ourselves then we are responsible for
3270          * recursively deleting it.
3271          */
3272         if (pvp && gotpvp) {
3273                 /*
3274                  * Recursively destroy higher-level page tables.
3275                  *
3276                  * This is optional.  If we do not, they will still
3277                  * be destroyed when the process exits.
3278                  *
3279                  * NOTE: Do not destroy pv_entry's with extra hold refs,
3280                  *       a caller may have unlocked it and intends to
3281                  *       continue to use it.
3282                  */
3283                 if (pmap_dynamic_delete &&
3284                     pvp->pv_m &&
3285                     pvp->pv_m->wire_count == 1 &&
3286                     (pvp->pv_hold & PV_HOLD_MASK) == 2 &&
3287                     pvp->pv_pindex < pmap_pml4_pindex()) {
3288                         if (pmap != kernel_pmap) {
3289                                 pmap_remove_pv_pte(pvp, NULL, bulk, 1);
3290                                 pvp = NULL;     /* safety */
3291                         } else {
3292                                 kprintf("Attempt to remove kernel_pmap pindex "
3293                                         "%jd\n", pvp->pv_pindex);
3294                                 pv_put(pvp);
3295                         }
3296                 } else {
3297                         pv_put(pvp);
3298                 }
3299         }
3300 }
3301
3302 /*
3303  * Remove the vm_page association to a pv.  The pv must be locked.
3304  */
3305 static
3306 vm_page_t
3307 pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv, int clrpgbits)
3308 {
3309         vm_page_t m;
3310
3311         m = pv->pv_m;
3312         pv->pv_m = NULL;
3313         if (clrpgbits)
3314                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3315
3316         return(m);
3317 }
3318
3319 /*
3320  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
3321  *
3322  * This routine is always called to validate any address space
3323  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
3324  * space below KERNBASE.
3325  *
3326  * kernel_map must be locked exclusively by the caller.
3327  */
3328 void
3329 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
3330 {
3331         vm_paddr_t paddr;
3332         vm_offset_t ptppaddr;
3333         vm_page_t nkpg;
3334         pd_entry_t *pt, newpt;
3335         pdp_entry_t *pd, newpd;
3336         int update_kernel_vm_end;
3337
3338         /*
3339          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
3340          */
3341         if (kernel_vm_end == 0) {
3342                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3343
3344                 for (;;) {
3345                         pt = pmap_pt(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3346                         if (pt == NULL)
3347                                 break;
3348                         if ((*pt & kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
3349                                 break;
3350                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
3351                                         ~(vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
3352                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3353                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3354                                 break;                       
3355                         }
3356                 }
3357         }
3358
3359         /*
3360          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
3361          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
3362          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
3363          */
3364         if (kstart < KERNBASE) {
3365                 if (kstart > kernel_vm_end)
3366                         kstart = kernel_vm_end;
3367                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
3368                 update_kernel_vm_end = 1;
3369         } else {
3370                 update_kernel_vm_end = 0;
3371         }
3372
3373         kstart = rounddown2(kstart, (vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG));
3374         kend = roundup2(kend, (vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG));
3375
3376         if (kend - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3377                 kend = vm_map_max(kernel_map);
3378
3379         while (kstart < kend) {
3380                 pt = pmap_pt(kernel_pmap, kstart);
3381                 if (pt == NULL) {
3382                         /*
3383                          * We need a new PD entry
3384                          */
3385                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, mycpu->gd_rand_incr++,
3386                                              VM_ALLOC_NORMAL |
3387                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
3388                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
3389                         if (nkpg == NULL) {
3390                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
3391                                       "kernel");
3392                         }
3393                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3394                         pmap_zero_page(paddr);
3395                         pd = pmap_pd(kernel_pmap, kstart);
3396
3397                         newpd = (pdp_entry_t)
3398                             (paddr |
3399                             kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
3400                             kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
3401                             kernel_pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
3402                         atomic_swap_long(pd, newpd);
3403
3404 #if 0
3405                         kprintf("NEWPD pd=%p pde=%016jx phys=%016jx\n",
3406                                 pd, newpd, paddr);
3407 #endif
3408
3409                         continue; /* try again */
3410                 }
3411
3412                 if ((*pt & kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0) {
3413                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
3414                                  ~(vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
3415                         if (kstart - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3416                                 kstart = vm_map_max(kernel_map);
3417                                 break;                       
3418                         }
3419                         continue;
3420                 }
3421
3422                 /*
3423                  * We need a new PT
3424                  *
3425                  * This index is bogus, but out of the way
3426                  */
3427                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, mycpu->gd_rand_incr++,
3428                                      VM_ALLOC_NORMAL |
3429                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
3430                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
3431                 if (nkpg == NULL)
3432                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3433
3434                 vm_page_wire(nkpg);
3435                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3436                 pmap_zero_page(ptppaddr);
3437                 newpt = (pd_entry_t)(ptppaddr |
3438                                      kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
3439                                      kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
3440                                      kernel_pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
3441                 atomic_swap_long(pt, newpt);
3442
3443                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
3444                           ~(vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
3445
3446                 if (kstart - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3447                         kstart = vm_map_max(kernel_map);
3448                         break;                       
3449                 }
3450         }
3451
3452         /*
3453          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
3454          */
3455         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
3456                 kernel_vm_end = kstart;
3457 }
3458
3459 /*
3460  *      Add a reference to the specified pmap.
3461  */
3462 void
3463 pmap_reference(pmap_t pmap)
3464 {
3465         if (pmap != NULL)
3466                 atomic_add_int(&pmap->pm_count, 1);
3467 }
3468
3469 void
3470 pmap_maybethreaded(pmap_t pmap)
3471 {
3472         atomic_set_int(&pmap->pm_flags, PMAP_MULTI);
3473 }
3474
3475 /*
3476  * Called while page is hard-busied to clear the PG_MAPPED and PG_WRITEABLE
3477  * flags if able.  This can happen when the pmap code is unable to clear
3478  * the bits in prior actions due to not holding the page hard-busied at
3479  * the time.
3480  *
3481  * The clearing of PG_MAPPED/WRITEABLE is an optional optimization done
3482  * when the pte is removed and only if the pte has not been multiply-mapped.
3483  * The caller may have to call vm_page_protect() if the bits are still set
3484  * here.
3485  *
3486  * This function is expected to be quick.
3487  */
3488 int
3489 pmap_mapped_sync(vm_page_t m)
3490 {
3491         return (m->flags);
3492 }
3493
3494 /***************************************************
3495  * page management routines.
3496  ***************************************************/
3497
3498 /*
3499  * Hold a pv without locking it
3500  */
3501 #if 0
3502 static void
3503 pv_hold(pv_entry_t pv)
3504 {
3505         atomic_add_int(&pv->pv_hold, 1);
3506 }
3507 #endif
3508
3509 /*
3510  * Hold a pv_entry, preventing its destruction.  TRUE is returned if the pv
3511  * was successfully locked, FALSE if it wasn't.  The caller must dispose of
3512  * the pv properly.
3513  *
3514  * Either the pmap->pm_spin or the related vm_page_spin (if traversing a
3515  * pv list via its page) must be held by the caller in order to stabilize
3516  * the pv.
3517  */
3518 static int
3519 _pv_hold_try(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
3520 {
3521         u_int count;
3522
3523         /*
3524          * Critical path shortcut expects pv to already have one ref
3525          * (for the pv->pv_pmap).
3526          */
3527         count = pv->pv_hold;
3528         cpu_ccfence();
3529         for (;;) {
3530                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
3531                         if (atomic_fcmpset_int(&pv->pv_hold, &count,
3532                                               (count + 1) | PV_HOLD_LOCKED)) {
3533 #ifdef PMAP_DEBUG
3534                                 pv->pv_func = func;
3535                                 pv->pv_line = lineno;
3536 #endif
3537                                 return TRUE;
3538                         }
3539                 } else {
3540                         if (atomic_fcmpset_int(&pv->pv_hold, &count, count + 1))
3541                                 return FALSE;
3542                 }
3543                 /* retry */
3544         }
3545 }
3546
3547 /*
3548  * Drop a previously held pv_entry which could not be locked, allowing its
3549  * destruction.
3550  *
3551  * Must not be called with a spinlock held as we might zfree() the pv if it
3552  * is no longer associated with a pmap and this was the last hold count.
3553  */
3554 static void
3555 pv_drop(pv_entry_t pv)
3556 {
3557         u_int count;
3558
3559         for (;;) {
3560                 count = pv->pv_hold;
3561                 cpu_ccfence();
3562                 KKASSERT((count & PV_HOLD_MASK) > 0);
3563                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) !=
3564                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
3565                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count - 1)) {
3566                         if ((count & PV_HOLD_MASK) == 1) {
3567 #ifdef PMAP_DEBUG2
3568                                 if (pmap_enter_debug > 0) {
3569                                         --pmap_enter_debug;
3570                                         kprintf("pv_drop: free pv %p\n", pv);
3571                                 }
3572 #endif
3573                                 KKASSERT(count == 1);
3574                                 KKASSERT(pv->pv_pmap == NULL);
3575                                 zfree(pvzone, pv);
3576                         }
3577                         return;
3578                 }
3579                 /* retry */
3580         }
3581 }
3582
3583 /*
3584  * Find or allocate the requested PV entry, returning a locked, held pv.
3585  *
3586  * If (*isnew) is non-zero, the returned pv will have two hold counts, one
3587  * for the caller and one representing the pmap and vm_page association.
3588  *
3589  * If (*isnew) is zero, the returned pv will have only one hold count.
3590  *
3591  * Since both associations can only be adjusted while the pv is locked,
3592  * together they represent just one additional hold.
3593  */
3594 static
3595 pv_entry_t
3596 _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew PMAP_DEBUG_DECL)
3597 {
3598         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
3599         pv_entry_t pv;
3600         pv_entry_t pnew;
3601         int pmap_excl = 0;
3602
3603         pnew = NULL;
3604         if (md->gd_newpv) {
3605 #if 1
3606                 pnew = atomic_swap_ptr((void *)&md->gd_newpv, NULL);
3607 #else
3608                 crit_enter();
3609                 pnew = md->gd_newpv;    /* might race NULL */
3610                 md->gd_newpv = NULL;
3611                 crit_exit();
3612 #endif
3613         }
3614         if (pnew == NULL)
3615                 pnew = zalloc(pvzone);
3616
3617         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3618         for (;;) {
3619                 /*
3620                  * Shortcut cache
3621                  */
3622                 pv = pv_entry_lookup(pmap, pindex);
3623                 if (pv == NULL) {
3624                         vm_pindex_t *pmark;
3625
3626                         /*
3627                          * Requires exclusive pmap spinlock
3628                          */
3629                         if (pmap_excl == 0) {
3630                                 pmap_excl = 1;
3631                                 if (!spin_lock_upgrade_try(&pmap->pm_spin)) {
3632                                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3633                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3634                                         continue;
3635                                 }
3636                         }
3637
3638                         /*
3639                          * We need to block if someone is holding our
3640                          * placemarker.  As long as we determine the
3641                          * placemarker has not been aquired we do not
3642                          * need to get it as acquision also requires
3643                          * the pmap spin lock.
3644                          *
3645                          * However, we can race the wakeup.
3646                          */
3647                         pmark = pmap_placemarker_hash(pmap, pindex);
3648
3649                         if (((*pmark ^ pindex) & ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3650                                 tsleep_interlock(pmark, 0);
3651                                 atomic_set_long(pmark, PM_PLACEMARK_WAKEUP);
3652                                 if (((*pmark ^ pindex) &
3653                                      ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3654                                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3655                                         tsleep(pmark, PINTERLOCKED, "pvplc", 0);
3656                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3657                                 }
3658                                 continue;
3659                         }
3660
3661                         /*
3662                          * Setup the new entry
3663                          */
3664                         pnew->pv_pmap = pmap;
3665                         pnew->pv_pindex = pindex;
3666                         pnew->pv_hold = PV_HOLD_LOCKED | 2;
3667                         pnew->pv_flags = 0;
3668 #ifdef PMAP_DEBUG
3669                         pnew->pv_func = func;
3670                         pnew->pv_line = lineno;
3671                         if (pnew->pv_line_lastfree > 0) {
3672                                 pnew->pv_line_lastfree =
3673                                                 -pnew->pv_line_lastfree;
3674                         }
3675 #endif
3676                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_INSERT(&pmap->pm_pvroot, pnew);
3677                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
3678                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3679                         *isnew = 1;
3680
3681                         KASSERT(pv == NULL, ("pv insert failed %p->%p", pnew, pv));
3682                         return(pnew);
3683                 }
3684
3685                 /*
3686                  * We already have an entry, cleanup the staged pnew if
3687                  * we can get the lock, otherwise block and retry.
3688                  */
3689                 if (__predict_true(_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY))) {
3690                         if (pmap_excl)
3691                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3692                         else
3693                                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3694 #if 1
3695                         pnew = atomic_swap_ptr((void *)&md->gd_newpv, pnew);
3696                         if (pnew)
3697                                 zfree(pvzone, pnew);
3698 #else
3699                         crit_enter();
3700                         if (md->gd_newpv == NULL)
3701                                 md->gd_newpv = pnew;
3702                         else
3703                                 zfree(pvzone, pnew);
3704                         crit_exit();
3705 #endif
3706                         KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap &&
3707                                  pv->pv_pindex == pindex);
3708                         *isnew = 0;
3709                         return(pv);
3710                 }
3711                 if (pmap_excl) {
3712                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3713                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3714                         pv_put(pv);
3715                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3716                 } else {
3717                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3718                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3719                         pv_put(pv);
3720                         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3721                 }
3722         }
3723         /* NOT REACHED */
3724 }
3725
3726 /*
3727  * Find the requested PV entry, returning a locked+held pv or NULL
3728  */
3729 static
3730 pv_entry_t
3731 _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, vm_pindex_t **pmarkp PMAP_DEBUG_DECL)
3732 {
3733         pv_entry_t pv;
3734         int pmap_excl = 0;
3735
3736         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3737         for (;;) {
3738                 /*
3739                  * Shortcut cache
3740                  */
3741                 pv = pv_entry_lookup(pmap, pindex);
3742                 if (pv == NULL) {
3743                         /*
3744                          * Block if there is ANY placemarker.  If we are to
3745                          * return it, we must also aquire the spot, so we
3746                          * have to block even if the placemarker is held on
3747                          * a different address.
3748                          *
3749                          * OPTIMIZATION: If pmarkp is passed as NULL the
3750                          * caller is just probing (or looking for a real
3751                          * pv_entry), and in this case we only need to check
3752                          * to see if the placemarker matches pindex.
3753                          */
3754                         vm_pindex_t *pmark;
3755
3756                         /*
3757                          * Requires exclusive pmap spinlock
3758                          */
3759                         if (pmap_excl == 0) {
3760                                 pmap_excl = 1;
3761                                 if (!spin_lock_upgrade_try(&pmap->pm_spin)) {
3762                                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3763                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3764                                         continue;
3765                                 }
3766                         }
3767
3768                         pmark = pmap_placemarker_hash(pmap, pindex);
3769
3770                         if ((pmarkp && *pmark != PM_NOPLACEMARK) ||
3771                             ((*pmark ^ pindex) & ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3772                                 tsleep_interlock(pmark, 0);
3773                                 atomic_set_long(pmark, PM_PLACEMARK_WAKEUP);
3774                                 if ((pmarkp && *pmark != PM_NOPLACEMARK) ||
3775                                     ((*pmark ^ pindex) &
3776                                      ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3777                                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3778                                         tsleep(pmark, PINTERLOCKED, "pvpld", 0);
3779                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3780                                 }
3781                                 continue;
3782                         }
3783                         if (pmarkp) {
3784                                 if (atomic_swap_long(pmark, pindex) !=
3785                                     PM_NOPLACEMARK) {
3786                                         panic("_pv_get: pmark race");
3787                                 }
3788                                 *pmarkp = pmark;
3789                         }
3790                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3791                         return NULL;
3792                 }
3793                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
3794                         if (pmap_excl)
3795                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3796                         else
3797                                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3798                         KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap &&
3799                                  pv->pv_pindex == pindex);
3800                         return(pv);
3801                 }
3802                 if (pmap_excl) {
3803                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3804                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3805                         pv_put(pv);
3806                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3807                 } else {
3808                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3809                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3810                         pv_put(pv);
3811                         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3812                 }
3813         }
3814 }
3815
3816 /*
3817  * Lookup, hold, and attempt to lock (pmap,pindex).
3818  *
3819  * If the entry does not exist NULL is returned and *errorp is set to 0
3820  *
3821  * If the entry exists and could be successfully locked it is returned and
3822  * errorp is set to 0.
3823  *
3824  * If the entry exists but could NOT be successfully locked it is returned
3825  * held and *errorp is set to 1.
3826  *
3827  * If the entry is placemarked by someone else NULL is returned and *errorp
3828  * is set to 1.
3829  */
3830 static
3831 pv_entry_t
3832 pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, vm_pindex_t **pmarkp, int *errorp)
3833 {
3834         pv_entry_t pv;
3835
3836         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3837
3838         pv = pv_entry_lookup(pmap, pindex);
3839         if (pv == NULL) {
3840                 vm_pindex_t *pmark;
3841
3842                 pmark = pmap_placemarker_hash(pmap, pindex);
3843
3844                 if (((*pmark ^ pindex) & ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3845                         *errorp = 1;
3846                 } else if (pmarkp &&
3847                            atomic_cmpset_long(pmark, PM_NOPLACEMARK, pindex)) {
3848                         *errorp = 0;
3849                 } else {
3850                         /*
3851                          * Can't set a placemark with a NULL pmarkp, or if
3852                          * pmarkp is non-NULL but we failed to set our
3853                          * placemark.
3854                          */
3855                         *errorp = 1;
3856                 }
3857                 if (pmarkp)
3858                         *pmarkp = pmark;
3859                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3860
3861                 return NULL;
3862         }
3863
3864         /*
3865          * XXX This has problems if the lock is shared, why?
3866          */
3867         if (pv_hold_try(pv)) {
3868                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3869                 *errorp = 0;
3870                 KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex);
3871                 return(pv);     /* lock succeeded */
3872         }
3873         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3874         *errorp = 1;
3875
3876         return (pv);            /* lock failed */
3877 }
3878
3879 /*
3880  * Lock a held pv, keeping the hold count
3881  */
3882 static
3883 void
3884 _pv_lock(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
3885 {
3886         u_int count;
3887
3888         for (;;) {
3889                 count = pv->pv_hold;
3890                 cpu_ccfence();
3891                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
3892                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3893                                               count | PV_HOLD_LOCKED)) {
3894 #ifdef PMAP_DEBUG
3895                                 pv->pv_func = func;
3896                                 pv->pv_line = lineno;
3897 #endif
3898                                 return;
3899                         }
3900                         continue;
3901                 }
3902                 tsleep_interlock(pv, 0);
3903                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3904                                       count | PV_HOLD_WAITING)) {
3905 #ifdef PMAP_DEBUG2
3906                         if (pmap_enter_debug > 0) {
3907                                 --pmap_enter_debug;
3908                                 kprintf("pv waiting on %s:%d\n",
3909                                         pv->pv_func, pv->pv_line);
3910                         }
3911 #endif
3912                         tsleep(pv, PINTERLOCKED, "pvwait", hz);
3913                 }
3914                 /* retry */
3915         }
3916 }
3917
3918 /*
3919  * Unlock a held and locked pv, keeping the hold count.
3920  */
3921 static
3922 void
3923 pv_unlock(pv_entry_t pv)
3924 {
3925         u_int count;
3926
3927         for (;;) {
3928                 count = pv->pv_hold;
3929                 cpu_ccfence();
3930                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) >=
3931                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
3932                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3933                                       count &
3934                                       ~(PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_WAITING))) {
3935                         if (count & PV_HOLD_WAITING)
3936                                 wakeup(pv);
3937                         break;
3938                 }
3939         }
3940 }
3941
3942 /*
3943  * Unlock and drop a pv.  If the pv is no longer associated with a pmap
3944  * and the hold count drops to zero we will free it.
3945  *
3946  * Caller should not hold any spin locks.  We are protected from hold races
3947  * by virtue of holds only occuring only with a pmap_spin or vm_page_spin
3948  * lock held.  A pv cannot be located otherwise.
3949  */
3950 static
3951 void
3952 pv_put(pv_entry_t pv)
3953 {
3954 #ifdef PMAP_DEBUG2
3955         if (pmap_enter_debug > 0) {
3956                 --pmap_enter_debug;
3957                 kprintf("pv_put pv=%p hold=%08x\n", pv, pv->pv_hold);
3958         }
3959 #endif
3960
3961         /*
3962          * Normal put-aways must have a pv_m associated with the pv,
3963          * but allow the case where the pv has been destructed due
3964          * to pmap_dynamic_delete.
3965          */
3966         KKASSERT(pv->pv_pmap == NULL || pv->pv_m != NULL);
3967
3968         /*
3969          * Fast - shortcut most common condition
3970          */
3971         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 2, 1))
3972                 return;
3973
3974         /*
3975          * Slow
3976          */
3977         pv_unlock(pv);
3978         pv_drop(pv);
3979 }
3980
3981 /*
3982  * Remove the pmap association from a pv, require that pv_m already be removed,
3983  * then unlock and drop the pv.  Any pte operations must have already been
3984  * completed.  This call may result in a last-drop which will physically free
3985  * the pv.
3986  *
3987  * Removing the pmap association entails an additional drop.
3988  *
3989  * pv must be exclusively locked on call and will be disposed of on return.
3990  */
3991 static
3992 void
3993 _pv_free(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp PMAP_DEBUG_DECL)
3994 {
3995         pmap_t pmap;
3996
3997 #ifdef PMAP_DEBUG
3998         pv->pv_func_lastfree = func;
3999         pv->pv_line_lastfree = lineno;
4000 #endif
4001         KKASSERT(pv->pv_m == NULL);
4002         KKASSERT((pv->pv_hold & (PV_HOLD_LOCKED|PV_HOLD_MASK)) >=
4003                   (PV_HOLD_LOCKED|1));
4004         if ((pmap = pv->pv_pmap) != NULL) {
4005                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
4006                 KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap);
4007                 if (pmap->pm_pvhint_pt == pv)
4008                         pmap->pm_pvhint_pt = NULL;
4009                 if (pmap->pm_pvhint_unused == pv)
4010                         pmap->pm_pvhint_unused = NULL;
4011                 pv_entry_rb_tree_RB_REMOVE(&pmap->pm_pvroot, pv);
4012                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
4013                 pv->pv_pmap = NULL;
4014                 pv->pv_pindex = 0;
4015                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
4016
4017                 /*
4018                  * Try to shortcut three atomic ops, otherwise fall through
4019                  * and do it normally.  Drop two refs and the lock all in
4020                  * one go.
4021                  */
4022                 if (pvp) {
4023                         if (vm_page_unwire_quick(pvp->pv_m))
4024                                 panic("_pv_free: bad wirecount on pvp");
4025                 }
4026                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 2, 0)) {
4027 #ifdef PMAP_DEBUG2
4028                         if (pmap_enter_debug > 0) {
4029                                 --pmap_enter_debug;
4030                                 kprintf("pv_free: free pv %p\n", pv);
4031                         }
4032 #endif
4033                         zfree(pvzone, pv);
4034                         return;
4035                 }
4036                 pv_drop(pv);    /* ref for pv_pmap */
4037         }
4038         pv_unlock(pv);
4039         pv_drop(pv);
4040 }
4041
4042 /*
4043  * This routine is very drastic, but can save the system
4044  * in a pinch.
4045  */
4046 void
4047 pmap_collect(void)
4048 {
4049         int i;
4050         vm_page_t m;
4051         static int warningdone=0;
4052
4053         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
4054                 return;
4055         pmap_pagedaemon_waken = 0;
4056         if (warningdone < 5) {
4057                 kprintf("pmap_collect: pv_entries exhausted -- "
4058                         "suggest increasing vm.pmap_pv_entries above %ld\n",
4059                         vm_pmap_pv_entries);
4060                 warningdone++;
4061         }
4062
4063         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
4064                 m = &vm_page_array[i];
4065                 if (m->wire_count || m->hold_count)
4066                         continue;
4067                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
4068                         if (m->wire_count == 0 && m->hold_count == 0) {
4069                                 pmap_remove_all(m);
4070                         }
4071                         vm_page_wakeup(m);
4072                 }
4073         }
4074 }
4075
4076 /*
4077  * Scan the pmap for active page table entries and issue a callback.
4078  * The callback must dispose of pte_pv, whos PTE entry is at *ptep in
4079  * its parent page table.
4080  *
4081  * pte_pv will be NULL if the page or page table is unmanaged.
4082  * pt_pv will point to the page table page containing the pte for the page.
4083  *
4084  * NOTE! If we come across an unmanaged page TABLE (verses an unmanaged page),
4085  *       we pass a NULL pte_pv and we pass a pt_pv pointing to the passed
4086  *       process pmap's PD and page to the callback function.  This can be
4087  *       confusing because the pt_pv is really a pd_pv, and the target page
4088  *       table page is simply aliased by the pmap and not owned by it.
4089  *
4090  * It is assumed that the start and end are properly rounded to the page size.
4091  *
4092  * It is assumed that PD pages and above are managed and thus in the RB tree,
4093  * allowing us to use RB_SCAN from the PD pages down for ranged scans.
4094  */
4095 struct pmap_scan_info {
4096         struct pmap *pmap;
4097         vm_offset_t sva;
4098         vm_offset_t eva;
4099         vm_pindex_t sva_pd_pindex;
4100         vm_pindex_t eva_pd_pindex;
4101         void (*func)(pmap_t, struct pmap_scan_info *,
4102                      vm_pindex_t *, pv_entry_t, vm_offset_t,
4103                      pt_entry_t *, void *);
4104         void *arg;
4105         pmap_inval_bulk_t bulk_core;
4106         pmap_inval_bulk_t *bulk;
4107         int count;
4108         int stop;
4109 };
4110
4111 static int pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data);
4112 static int pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data);
4113
4114 static void
4115 pmap_scan(struct pmap_scan_info *info, int smp_inval)
4116 {
4117         struct pmap *pmap = info->pmap;
4118         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
4119         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
4120         vm_pindex_t *pte_placemark;
4121         vm_pindex_t *pt_placemark;
4122         pt_entry_t *ptep;
4123         pt_entry_t oldpte;
4124         struct pv_entry dummy_pv;
4125
4126         info->stop = 0;
4127         if (pmap == NULL)
4128                 return;
4129         if (info->sva == info->eva)
4130                 return;
4131         if (smp_inval) {
4132                 info->bulk = &info->bulk_core;
4133                 pmap_inval_bulk_init(&info->bulk_core, pmap);
4134         } else {
4135                 info->bulk = NULL;
4136         }
4137
4138         /*
4139          * Hold the token for stability; if the pmap is empty we have nothing
4140          * to do.
4141          */
4142 #if 0
4143         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
4144                 return;
4145         }
4146 #endif
4147
4148         info->count = 0;
4149
4150         /*
4151          * Special handling for scanning one page, which is a very common
4152          * operation (it is?).
4153          *
4154          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4
4155          */
4156         if (info->sva + PAGE_SIZE == info->eva) {
4157                 if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4158                         /*
4159                          * Kernel mappings do not track wire counts on
4160                          * page table pages and only maintain pd_pv and
4161                          * pte_pv levels so pmap_scan() works.
4162                          */
4163                         pt_pv = NULL;
4164                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva),
4165                                         &pte_placemark);
4166                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4167                         ptep = vtopte(info->sva);
4168                 } else {
4169                         /*
4170                          * We hold pte_placemark across the operation for
4171                          * unmanaged pages.
4172                          *
4173                          * WARNING!  We must hold pt_placemark across the
4174                          *           *ptep test to prevent misintepreting
4175                          *           a non-zero *ptep as a shared page
4176                          *           table page.  Hold it across the function
4177                          *           callback as well for SMP safety.
4178                          */
4179                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva),
4180                                         &pte_placemark);
4181                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4182                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(info->sva),
4183                                        &pt_placemark);
4184                         if (pt_pv == NULL) {
4185 #if 0
4186                                 KKASSERT(0);
4187                                 pd_pv = pv_get(pmap,
4188                                                pmap_pd_pindex(info->sva),
4189                                                NULL);
4190                                 if (pd_pv) {
4191                                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv,
4192                                                     pmap_pt_index(info->sva));
4193                                         if (*ptep) {
4194                                                 info->func(pmap, info,
4195                                                      pt_placemark, pd_pv,
4196                                                      info->sva, ptep,
4197                                                      info->arg);
4198                                         } else {
4199                                                 pv_placemarker_wakeup(pmap,
4200                                                                   pt_placemark);
4201                                         }
4202                                         pv_put(pd_pv);
4203                                 } else {
4204                                         pv_placemarker_wakeup(pmap,
4205                                                               pt_placemark);
4206                                 }
4207 #else
4208                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pt_placemark);
4209 #endif
4210                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4211                                 goto fast_skip;
4212                         }
4213                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(info->sva));
4214                 }
4215
4216                 /*
4217                  * NOTE: *ptep can't be ripped out from under us if we hold
4218                  *       pte_pv (or pte_placemark) locked, but bits can
4219                  *       change.
4220                  */
4221                 oldpte = *ptep;
4222                 cpu_ccfence();
4223                 if (oldpte == 0) {
4224                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4225                         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4226                 } else {
4227                         KASSERT((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) ==
4228                                 pmap->pmap_bits[PG_V_IDX],
4229                             ("badB *ptep %016lx/%016lx sva %016lx pte_pv NULL",
4230                             *ptep, oldpte, info->sva));
4231                         info->func(pmap, info, pte_placemark, pt_pv,
4232                                    info->sva, ptep, info->arg);
4233                 }
4234                 if (pt_pv)
4235                         pv_put(pt_pv);
4236 fast_skip:
4237                 pmap_inval_bulk_flush(info->bulk);
4238                 return;
4239         }
4240
4241         /*
4242          * Nominal scan case, RB_SCAN() for PD pages and iterate from
4243          * there.
4244          *
4245          * WARNING! eva can overflow our standard ((N + mask) >> bits)
4246          *          bounds, resulting in a pd_pindex of 0.  To solve the
4247          *          problem we use an inclusive range.
4248          */
4249         info->sva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->sva);
4250         info->eva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->eva - PAGE_SIZE);
4251
4252         if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4253                 /*
4254                  * The kernel does not currently maintain any pv_entry's for
4255                  * higher-level page tables.
4256                  */
4257                 bzero(&dummy_pv, sizeof(dummy_pv));
4258                 dummy_pv.pv_pindex = info->sva_pd_pindex;
4259                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
4260                 while (dummy_pv.pv_pindex <= info->eva_pd_pindex) {
4261                         pmap_scan_callback(&dummy_pv, info);
4262                         ++dummy_pv.pv_pindex;
4263                         if (dummy_pv.pv_pindex < info->sva_pd_pindex) /*wrap*/
4264                                 break;
4265                 }
4266                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
4267         } else {
4268                 /*
4269                  * User page tables maintain local PML4, PDP, PD, and PT
4270                  * pv_entry's.  pv_entry's are not used for PTEs.
4271                  */
4272                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
4273                 pv_entry_rb_tree_RB_SCAN(&pmap->pm_pvroot, pmap_scan_cmp,
4274                                          pmap_scan_callback, info);
4275                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
4276         }
4277         pmap_inval_bulk_flush(info->bulk);
4278 }
4279
4280 /*
4281  * WARNING! pmap->pm_spin held
4282  *
4283  * WARNING! eva can overflow our standard ((N + mask) >> bits)
4284  *          bounds, resulting in a pd_pindex of 0.  To solve the
4285  *          problem we use an inclusive range.
4286  */
4287 static int
4288 pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data)
4289 {
4290         struct pmap_scan_info *info = data;
4291         if (pv->pv_pindex < info->sva_pd_pindex)
4292                 return(-1);
4293         if (pv->pv_pindex > info->eva_pd_pindex)
4294                 return(1);
4295         return(0);
4296 }
4297
4298 /*
4299  * pmap_scan() by PDs
4300  *
4301  * WARNING! pmap->pm_spin held
4302  */
4303 static int
4304 pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data)
4305 {
4306         struct pmap_scan_info *info = data;
4307         struct pmap *pmap = info->pmap;
4308         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
4309         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
4310         vm_pindex_t *pt_placemark;
4311         pt_entry_t *ptep;
4312         pt_entry_t oldpte;
4313         vm_offset_t sva;
4314         vm_offset_t eva;
4315         vm_offset_t va_next;
4316         vm_pindex_t pd_pindex;
4317         int error;
4318
4319         /*
4320          * Stop if requested
4321          */
4322         if (info->stop)
4323                 return -1;
4324
4325         /*
4326          * Pull the PD pindex from the pv before releasing the spinlock.
4327          *
4328          * WARNING: pv is faked for kernel pmap scans.
4329          */
4330         pd_pindex = pv->pv_pindex;
4331         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
4332         pv = NULL;      /* invalid after spinlock unlocked */
4333
4334         /*
4335          * Calculate the page range within the PD.  SIMPLE pmaps are
4336          * direct-mapped for the entire 2^64 address space.  Normal pmaps
4337          * reflect the user and kernel address space which requires
4338          * cannonicalization w/regards to converting pd_pindex's back
4339          * into addresses.
4340          */
4341         sva = (pd_pindex - pmap_pd_pindex(0)) << PDPSHIFT;
4342         if ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) == 0 &&
4343             (sva & PML4_SIGNMASK)) {
4344                 sva |= PML4_SIGNMASK;
4345         }
4346         eva = sva + NBPDP;      /* can overflow */
4347         if (sva < info->sva)
4348                 sva = info->sva;
4349         if (eva < info->sva || eva > info->eva)
4350                 eva = info->eva;
4351
4352         /*
4353          * NOTE: kernel mappings do not track page table pages, only
4354          *       terminal pages.
4355          *
4356          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4.
4357          *       However, for the scan to be efficient we try to
4358          *       cache items top-down.
4359          */
4360         pd_pv = NULL;
4361         pt_pv = NULL;
4362
4363         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4364                 if (info->stop)
4365                         break;
4366                 if (sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4367                         if (pt_pv) {
4368                                 pv_put(pt_pv);
4369                                 pt_pv = NULL;
4370                         }
4371                         goto kernel_skip;
4372                 }
4373
4374                 /*
4375                  * PD cache, scan shortcut if it doesn't exist.
4376                  */
4377                 if (pd_pv == NULL) {
4378                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva), NULL);
4379                 } else if (pd_pv->pv_pmap != pmap ||
4380                            pd_pv->pv_pindex != pmap_pd_pindex(sva)) {
4381                         pv_put(pd_pv);
4382                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva), NULL);
4383                 }
4384                 if (pd_pv == NULL) {
4385                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4386                         if (va_next < sva)
4387                                 va_next = eva;
4388                         continue;
4389                 }
4390
4391                 /*
4392                  * PT cache
4393                  *
4394                  * NOTE: The cached pt_pv can be removed from the pmap when
4395                  *       pmap_dynamic_delete is enabled.
4396                  */
4397                 if (pt_pv && (pt_pv->pv_pmap != pmap ||
4398                               pt_pv->pv_pindex != pmap_pt_pindex(sva))) {
4399                         pv_put(pt_pv);
4400                         pt_pv = NULL;
4401                 }
4402                 if (pt_pv == NULL) {
4403                         pt_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pt_pindex(sva),
4404                                            &pt_placemark, &error);
4405                         if (error) {
4406                                 pv_put(pd_pv);  /* lock order */
4407                                 pd_pv = NULL;
4408                                 if (pt_pv) {
4409                                         pv_lock(pt_pv);
4410                                         pv_put(pt_pv);
4411                                         pt_pv = NULL;
4412                                 } else {
4413                                         pv_placemarker_wait(pmap, pt_placemark);
4414                                 }
4415                                 va_next = sva;
4416                                 continue;
4417                         }
4418                         /* may have to re-check later if pt_pv is NULL here */
4419                 }
4420
4421                 /*
4422                  * If pt_pv is NULL we either have a shared page table
4423                  * page (NOT IMPLEMENTED XXX) and must issue a callback
4424                  * specific to that case, or there is no page table page.
4425                  *
4426                  * Either way we can skip the page table page.
4427                  *
4428                  * WARNING! pt_pv can also be NULL due to a pv creation
4429                  *          race where we find it to be NULL and then
4430                  *          later see a pte_pv.  But its possible the pt_pv
4431                  *          got created inbetween the two operations, so
4432                  *          we must check.
4433                  *
4434                  *          XXX This should no longer be the case because
4435                  *          we have pt_placemark.
4436                  */
4437                 if (pt_pv == NULL) {
4438 #if 0
4439                         /* XXX REMOVED */
4440                         /*
4441                          * Possible unmanaged (shared from another pmap)
4442                          * page table page.
4443                          *
4444                          * WARNING!  We must hold pt_placemark across the
4445                          *           *ptep test to prevent misintepreting
4446                          *           a non-zero *ptep as a shared page
4447                          *           table page.  Hold it across the function
4448                          *           callback as well for SMP safety.
4449                          */
4450                         KKASSERT(0);
4451                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv, pmap_pt_index(sva));
4452                         if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
4453                                 info->func(pmap, info, pt_placemark, pd_pv,
4454                                            sva, ptep, info->arg);
4455                         } else {
4456                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pt_placemark);
4457                         }
4458 #else
4459                         pv_placemarker_wakeup(pmap, pt_placemark);
4460 #endif
4461
4462                         /*
4463                          * Done, move to next page table page.
4464                          */
4465                         va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4466                         if (va_next < sva)
4467                                 va_next = eva;
4468                         continue;
4469                 }
4470
4471                 /*
4472                  * From this point in the loop testing pt_pv for non-NULL
4473                  * means we are in UVM, else if it is NULL we are in KVM.
4474                  *
4475                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4476                  * by the current page table page, or to the end of the
4477                  * range being removed.
4478                  */
4479 kernel_skip:
4480                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4481                 if (va_next < sva)
4482                         va_next = eva;
4483                 if (va_next > eva)
4484                         va_next = eva;
4485
4486                 /*
4487                  * Scan the page table for pages.  Some pages may not be
4488                  * managed (might not have a pv_entry).
4489                  *
4490                  * There is no page table management for kernel pages so
4491                  * pt_pv will be NULL in that case, but otherwise pt_pv
4492                  * is non-NULL, locked, and referenced.
4493                  */
4494
4495                 /*
4496                  * At this point a non-NULL pt_pv means a UVA, and a NULL
4497                  * pt_pv means a KVA.
4498                  */
4499                 if (pt_pv)
4500                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(sva));
4501                 else
4502                         ptep = vtopte(sva);
4503
4504                 while (sva < va_next) {
4505                         vm_pindex_t *pte_placemark;
4506                         pv_entry_t pte_pv;
4507
4508                         /*
4509                          * Yield every 64 pages, stop if requested.
4510                          */
4511                         if ((++info->count & 63) == 0)
4512                                 lwkt_user_yield();
4513                         if (info->stop)
4514                                 break;
4515
4516                         /*
4517                          * We can shortcut our scan if *ptep == 0.  This is
4518                          * an unlocked check.
4519                          */
4520                         if (*ptep == 0) {
4521                                 sva += PAGE_SIZE;
4522                                 ++ptep;
4523                                 continue;
4524                         }
4525                         cpu_ccfence();
4526
4527                         /*
4528                          * Acquire the pte_placemark.  pte_pv's won't exist
4529                          * for leaf pages.
4530                          *
4531                          * A multitude of races are possible here so if we
4532                          * cannot lock definite state we clean out our cache
4533                          * and break the inner while() loop to force a loop
4534                          * up to the top of the for().
4535                          *
4536                          * XXX unlock/relock pd_pv, pt_pv, and re-test their
4537                          *     validity instead of looping up?
4538                          */
4539                         pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(sva),
4540                                             &pte_placemark, &error);
4541                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4542                         if (error) {
4543                                 if (pd_pv) {
4544                                         pv_put(pd_pv);  /* lock order */
4545                                         pd_pv = NULL;
4546                                 }
4547                                 if (pt_pv) {
4548                                         pv_put(pt_pv);  /* lock order */
4549                                         pt_pv = NULL;
4550                                 }
4551                                 pv_placemarker_wait(pmap, pte_placemark);
4552                                 va_next = sva;          /* retry */
4553                                 break;
4554                         }
4555
4556                         /*
4557                          * Reload *ptep after successfully locking the
4558                          * pindex.
4559                          */
4560                         cpu_ccfence();
4561                         oldpte = *ptep;
4562                         if (oldpte == 0) {
4563                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4564                                 sva += PAGE_SIZE;
4565                                 ++ptep;
4566                                 continue;
4567                         }
4568
4569                         /*
4570                          * We can't hold pd_pv across the callback (because
4571                          * we don't pass it to the callback and the callback
4572                          * might deadlock)
4573                          */
4574                         if (pd_pv) {
4575                                 vm_page_wire_quick(pd_pv->pv_m);
4576                                 pv_unlock(pd_pv);
4577                         }
4578
4579                         /*
4580                          * Ready for the callback.  The locked placemarker
4581                          * is consumed by the callback.
4582                          */
4583                         if (oldpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4584                                 /*
4585                                  * Managed pte
4586                                  */
4587                                 KASSERT((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]),
4588                                     ("badC *ptep %016lx/%016lx sva %016lx",
4589                                     *ptep, oldpte, sva));
4590                                 /*
4591                                  * We must unlock pd_pv across the callback
4592                                  * to avoid deadlocks on any recursive
4593                                  * disposal.  Re-check that it still exists
4594                                  * after re-locking.
4595                                  *
4596                                  * Call target disposes of pte_placemark
4597                                  * and may destroy but will not dispose
4598                                  * of pt_pv.
4599                                  */
4600                                 info->func(pmap, info, pte_placemark, pt_pv,
4601                                            sva, ptep, info->arg);
4602                         } else {
4603                                 /*
4604                                  * Unmanaged pte
4605                                  *
4606                                  * We must unlock pd_pv across the callback
4607                                  * to avoid deadlocks on any recursive
4608                                  * disposal.  Re-check that it still exists
4609                                  * after re-locking.
4610                                  *
4611                                  * Call target disposes of pte_placemark
4612                                  * and may destroy but will not dispose
4613                                  * of pt_pv.
4614                                  */
4615                                 KASSERT((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]),
4616                                     ("badD *ptep %016lx/%016lx sva %016lx ",
4617                                      *ptep, oldpte, sva));
4618                                 info->func(pmap, info, pte_placemark, pt_pv,
4619                                            sva, ptep, info->arg);
4620                         }
4621                         if (pd_pv) {
4622                                 pv_lock(pd_pv);
4623                                 if (vm_page_unwire_quick(pd_pv->pv_m)) {
4624                                         panic("pmap_scan_callback: "
4625                                               "bad wirecount on pd_pv");
4626                                 }
4627                                 if (pd_pv->pv_pmap == NULL) {
4628                                         va_next = sva;          /* retry */
4629                                         break;
4630                                 }
4631                         }
4632
4633                         /*
4634                          * NOTE: The cached pt_pv can be removed from the
4635                          *       pmap when pmap_dynamic_delete is enabled,
4636                          *       which will cause ptep to become stale.
4637                          *
4638                          *       This also means that no pages remain under
4639                          *       the PT, so we can just break out of the inner
4640                          *       loop and let the outer loop clean everything
4641                          *       up.
4642                          */
4643                         if (pt_pv && pt_pv->pv_pmap != pmap)
4644                                 break;
4645                         sva += PAGE_SIZE;
4646                         ++ptep;
4647                 }
4648         }
4649         if (pd_pv) {
4650                 pv_put(pd_pv);
4651                 pd_pv = NULL;
4652         }
4653         if (pt_pv) {
4654                 pv_put(pt_pv);
4655                 pt_pv = NULL;
4656         }
4657         if ((++info->count & 7) == 0)
4658                 lwkt_user_yield();
4659
4660         /*
4661          * Relock before returning.
4662          */
4663         spin_lock(&pmap->pm_spin);
4664         return (0);
4665 }
4666
4667 void
4668 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4669 {
4670         struct pmap_scan_info info;
4671
4672         info.pmap = pmap;
4673         info.sva = sva;
4674         info.eva = eva;
4675         info.func = pmap_remove_callback;
4676         info.arg = NULL;
4677         pmap_scan(&info, 1);
4678 #if 0
4679         cpu_invltlb();
4680         if (eva - sva < 1024*1024) {
4681                 while (sva < eva) {
4682                         cpu_invlpg((void *)sva);
4683                         sva += PAGE_SIZE;
4684                 }
4685         }
4686 #endif
4687 }
4688
4689 static void
4690 pmap_remove_noinval(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4691 {
4692         struct pmap_scan_info info;
4693
4694         info.pmap = pmap;
4695         info.sva = sva;
4696         info.eva = eva;
4697         info.func = pmap_remove_callback;
4698         info.arg = NULL;
4699         pmap_scan(&info, 0);
4700 }
4701
4702 static void
4703 pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
4704                      vm_pindex_t *pte_placemark, pv_entry_t pt_pv,
4705                      vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
4706 {
4707         pt_entry_t pte;
4708         vm_page_t oldm;
4709
4710         /*
4711          * Managed or unmanaged pte (pte_placemark is non-NULL)
4712          *
4713          * pt_pv's wire_count is still bumped by unmanaged pages
4714          * so we must decrement it manually.
4715          *
4716          * We have to unwire the target page table page.
4717          */
4718         pte = *ptep;
4719         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4720                 oldm = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
4721                 atomic_add_long(&oldm->md.interlock_count, 1);
4722         } else {
4723                 oldm = NULL;
4724         }
4725
4726         pte = pmap_inval_bulk(info->bulk, va, ptep, 0);
4727         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4728                 vm_page_t p;
4729
4730                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
4731                 KKASSERT(pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]);
4732                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4733                         vm_page_dirty(p);
4734                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4735                         vm_page_flag_set(p, PG_REFERENCED);
4736
4737                 /*
4738                  * (p) is not hard-busied.
4739                  *
4740                  * We can safely clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE only
4741                  * if PG_MAPPEDMULTI is not set, atomically.
4742                  */
4743                 pmap_removed_pte(p, pte);
4744         }
4745         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
4746                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
4747                 if (pt_pv && vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
4748                         panic("pmap_remove: insufficient wirecount");
4749         }
4750         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
4751                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
4752         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
4753                 cpu_invlpg((void *)va);
4754         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4755         if (oldm) {
4756                 if ((atomic_fetchadd_long(&oldm->md.interlock_count, -1) &
4757                      0x7FFFFFFFFFFFFFFFLU) == 0x4000000000000001LU) {
4758                         atomic_clear_long(&oldm->md.interlock_count,
4759                                           0x4000000000000000LU);
4760                         wakeup(&oldm->md.interlock_count);
4761                 }
4762         }
4763 }
4764
4765 /*
4766  * Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
4767  * Reflects back modify bits to the pager.
4768  *
4769  * This routine may not be called from an interrupt.
4770  *
4771  * The page must be busied by its caller, preventing new ptes from being
4772  * installed.  This allows us to assert that pmap_count is zero and safely
4773  * clear the MAPPED and WRITEABLE bits upon completion.
4774  */
4775 static
4776 void
4777 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4778 {
4779         long icount;
4780         int retry;
4781
4782         if (__predict_false(!pmap_initialized))
4783                 return;
4784
4785         /*
4786          * pmap_count doesn't cover fictitious pages, but PG_MAPPED does
4787          * (albeit without certain race protections).
4788          */
4789 #if 0
4790         if (m->md.pmap_count == 0)
4791                 return;
4792 #endif
4793         if ((m->flags & PG_MAPPED) == 0)
4794                 return;
4795
4796         retry = ticks + hz * 60;
4797 again:
4798         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
4799                 if (!pmap_inval_smp_cmpset(ipmap, iva, iptep, ipte, 0))
4800                         PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
4801                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4802                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4803                                 vm_page_dirty(m);
4804                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4805                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4806
4807                         /*
4808                          * NOTE: m is not hard-busied so it is not safe to
4809                          *       clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE on the 1->0
4810                          *       transition against them being set in
4811                          *       pmap_enter().
4812                          */
4813                         pmap_removed_pte(m, ipte);
4814                 }
4815
4816                 /*
4817                  * Cleanup various tracking counters.  pt_pv can't go away
4818                  * due to our wired ref.
4819                  */
4820                 if (ipmap != kernel_pmap) {
4821                         pv_entry_t pt_pv;
4822
4823                         spin_lock_shared(&ipmap->pm_spin);
4824                         pt_pv = pv_entry_lookup(ipmap, pmap_pt_pindex(iva));
4825                         spin_unlock_shared(&ipmap->pm_spin);
4826
4827                         if (pt_pv) {
4828                                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m)) {
4829                                         panic("pmap_remove_all: bad "
4830                                               "wire_count on pt_pv");
4831                                 }
4832                                 atomic_add_long(
4833                                         &ipmap->pm_stats.resident_count, -1);
4834                         }
4835                 }
4836                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
4837                         atomic_add_long(&ipmap->pm_stats.wired_count, -1);
4838                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
4839                         cpu_invlpg((void *)iva);
4840         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
4841
4842         /*
4843          * If our scan lost a pte swap race oldm->md.interlock_count might
4844          * be set from the pmap_enter() code.  If so sleep a little and try
4845          * again.
4846          */
4847         icount = atomic_fetchadd_long(&m->md.interlock_count,
4848                                       0x8000000000000000LU) +
4849                  0x8000000000000000LU;
4850         cpu_ccfence();
4851         while (icount & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFLU) {
4852                 tsleep_interlock(&m->md.interlock_count, 0);
4853                 if (atomic_fcmpset_long(&m->md.interlock_count, &icount,
4854                                         icount | 0x4000000000000000LU)) {
4855                         tsleep(&m->md.interlock_count, PINTERLOCKED,
4856                                "pgunm", 1);
4857                         icount = m->md.interlock_count;
4858                         if (retry - ticks > 0)
4859                                 goto again;
4860                         panic("pmap_remove_all: cannot return interlock_count "
4861                               "to 0 (%p, %ld)",
4862                               m, m->md.interlock_count);
4863                 }
4864         }
4865         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_MAPPEDMULTI | PG_WRITEABLE);
4866 }
4867
4868 /*
4869  * Removes the page from a particular pmap.
4870  *
4871  * The page must be busied by the caller.
4872  */
4873 void
4874 pmap_remove_specific(pmap_t pmap_match, vm_page_t m)
4875 {
4876         if (__predict_false(!pmap_initialized))
4877                 return;
4878
4879         /*
4880          * PG_MAPPED test works for both non-fictitious and fictitious pages.
4881          */
4882         if ((m->flags & PG_MAPPED) == 0)
4883                 return;
4884
4885         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, pmap_match, ipmap, iptep, ipte, iva) {
4886                 if (!pmap_inval_smp_cmpset(ipmap, iva, iptep, ipte, 0))
4887                         PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
4888                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4889                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4890                                 vm_page_dirty(m);
4891                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4892                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4893
4894                         /*
4895                          * NOTE: m is not hard-busied so it is not safe to
4896                          *       clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE on the 1->0
4897                          *       transition against them being set in
4898                          *       pmap_enter().
4899                          */
4900                         pmap_removed_pte(m, ipte);
4901                 }
4902
4903                 /*
4904                  * Cleanup various tracking counters.  pt_pv can't go away
4905                  * due to our wired ref.
4906                  */
4907                 if (ipmap != kernel_pmap) {
4908                         pv_entry_t pt_pv;
4909
4910                         spin_lock_shared(&ipmap->pm_spin);
4911                         pt_pv = pv_entry_lookup(ipmap, pmap_pt_pindex(iva));
4912                         spin_unlock_shared(&ipmap->pm_spin);
4913
4914                         if (pt_pv) {
4915                                 atomic_add_long(
4916                                         &ipmap->pm_stats.resident_count, -1);
4917                                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m)) {
4918                                         panic("pmap_remove_specific: bad "
4919                                               "wire_count on pt_pv");
4920                                 }
4921                         }
4922                 }
4923                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
4924                         atomic_add_long(&ipmap->pm_stats.wired_count, -1);
4925                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
4926                         cpu_invlpg((void *)iva);
4927         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
4928 }
4929
4930 /*
4931  * Set the physical protection on the specified range of this map
4932  * as requested.  This function is typically only used for debug watchpoints
4933  * and COW pages.
4934  *
4935  * This function may not be called from an interrupt if the map is
4936  * not the kernel_pmap.
4937  *
4938  * NOTE!  For shared page table pages we just unmap the page.
4939  */
4940 void
4941 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4942 {
4943         struct pmap_scan_info info;
4944         /* JG review for NX */
4945
4946         if (pmap == NULL)
4947                 return;
4948         if ((prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) == VM_PROT_NONE) {
4949                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4950                 return;
4951         }
4952         if (prot & VM_PROT_WRITE)
4953                 return;
4954         info.pmap = pmap;
4955         info.sva = sva;
4956         info.eva = eva;
4957         info.func = pmap_protect_callback;
4958         info.arg = &prot;
4959         pmap_scan(&info, 1);
4960 }
4961
4962 static
4963 void
4964 pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
4965                       vm_pindex_t *pte_placemark,
4966                       pv_entry_t pt_pv, vm_offset_t va,
4967                       pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
4968 {
4969         pt_entry_t pbits;
4970         pt_entry_t cbits;
4971         vm_page_t m;
4972
4973 again:
4974         pbits = *ptep;
4975         cpu_ccfence();
4976         cbits = pbits;
4977         if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4978                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
4979                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
4980         }
4981         /* else unmanaged page, adjust bits, no wire changes */
4982
4983         if (ptep) {
4984                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX];
4985 #ifdef PMAP_DEBUG2
4986                 if (pmap_enter_debug > 0) {
4987                         --pmap_enter_debug;
4988                         kprintf("pmap_protect va=%lx ptep=%p "
4989                                 "pt_pv=%p cbits=%08lx\n",
4990                                 va, ptep, pt_pv, cbits
4991                         );
4992                 }
4993 #endif
4994                 if (pbits != cbits) {
4995                         if (!pmap_inval_smp_cmpset(pmap, va,
4996                                                    ptep, pbits, cbits)) {
4997                                 goto again;
4998                         }
4999                 }
5000                 if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
5001                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5002                         if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
5003                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
5004                         if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
5005                                 vm_page_dirty(m);
5006                 }
5007         }
5008         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
5009 }
5010
5011 /*
5012  * Insert the vm_page (m) at the virtual address (va), replacing any prior
5013  * mapping at that address.  Set protection and wiring as requested.
5014  *
5015  * If entry is non-NULL we check to see if the SEG_SIZE optimization is
5016  * possible.  If it is we enter the page into the appropriate shared pmap
5017  * hanging off the related VM object instead of the passed pmap, then we
5018  * share the page table page from the VM object's pmap into the current pmap.
5019  *
5020  * NOTE: This routine MUST insert the page into the pmap now, it cannot
5021  *       lazy-evaluate.
5022  */
5023 void
5024 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5025            boolean_t wired, vm_map_entry_t entry)
5026 {
5027         pv_entry_t pt_pv;       /* page table */
5028         pv_entry_t pte_pv;      /* page table entry */
5029         vm_pindex_t *pte_placemark;
5030         pt_entry_t *ptep;
5031         pt_entry_t origpte;
5032         vm_paddr_t opa;
5033         vm_page_t oldm;
5034         pt_entry_t newpte;
5035         vm_paddr_t pa;
5036         int flags;
5037         int nflags;
5038
5039         if (pmap == NULL)
5040                 return;
5041         va = trunc_page(va);
5042 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
5043         if (va >= KvaEnd)
5044                 panic("pmap_enter: toobig");
5045         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
5046                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table "
5047                       "pages (va: 0x%lx)", va);
5048 #endif
5049         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == kernel_pmap) {
5050                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with "
5051                         "kernel_pmap\n");
5052 #ifdef DDB
5053                 db_print_backtrace();
5054 #endif
5055         }
5056         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != kernel_pmap) {
5057                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without"
5058                         "kernel_pmap\n");
5059 #ifdef DDB
5060                 db_print_backtrace();
5061 #endif
5062         }
5063
5064         /*
5065          * Get the locked page table page (pt_pv) for our new page table
5066          * entry, allocating it if necessary.
5067          *
5068          * There is no pte_pv for a terminal pte so the terminal pte will
5069          * be locked via pte_placemark.
5070          *
5071          * Only MMU actions by the CPU itself can modify the ptep out from
5072          * under us.
5073          *
5074          * If the pmap is still being initialized we assume existing
5075          * page tables.
5076          *
5077          * NOTE: Kernel mapppings do not track page table pages
5078          *       (i.e. there is no pt_pv pt_pv structure).
5079          *
5080          * NOTE: origpte here is 'tentative', used only to check for
5081          *       the degenerate case where the entry already exists and
5082          *       matches.
5083          */
5084         if (__predict_false(pmap_initialized == FALSE)) {
5085                 pte_pv = NULL;
5086                 pt_pv = NULL;
5087                 pte_placemark = NULL;
5088                 ptep = vtopte(va);
5089                 origpte = *ptep;
5090         } else {
5091                 pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(va), &pte_placemark);
5092                 KKASSERT(pte_pv == NULL);
5093                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
5094                         pt_pv = NULL;
5095                         ptep = vtopte(va);
5096                 } else {
5097                         pt_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
5098                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
5099                 }
5100                 origpte = *ptep;
5101                 cpu_ccfence();
5102         }
5103
5104         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5105
5106         /*
5107          * Calculate the new PTE.
5108          */
5109         newpte = (pt_entry_t)(pa | pte_prot(pmap, prot) |
5110                  pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
5111         if (wired)
5112                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_W_IDX];
5113         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
5114                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
5115         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0)
5116                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX];
5117 //      if (pmap == kernel_pmap)
5118 //              newpte |= pgeflag;
5119         newpte |= pmap->pmap_cache_bits_pte[m->pat_mode];
5120
5121         /*
5122          * It is possible for multiple faults to occur in threaded
5123          * environments, the existing pte might be correct.
5124          */
5125         if (((origpte ^ newpte) &
5126             ~(pt_entry_t)(pmap->pmap_bits[PG_M_IDX] |
5127                           pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])) == 0) {
5128                 goto done;
5129         }
5130
5131         /*
5132          * Adjust page flags.  The page is soft-busied or hard-busied, we
5133          * should be able to safely set PG_* flag bits even with the (shared)
5134          * soft-busy.
5135          *
5136          * The pmap_count and writeable_count is only tracked for
5137          * non-fictitious pages.  As a bit of a safety, bump pmap_count
5138          * and set the PG_* bits before mapping the page.  If another part
5139          * of the system does not properly hard-busy the page (against our
5140          * soft-busy or hard-busy) in order to remove mappings it might not
5141          * see the pte that we are about to add and thus will not be able to
5142          * drop pmap_count to 0.
5143          *
5144          * The PG_MAPPED and PG_WRITEABLE flags are set for any type of page.
5145          *
5146          * NOTE! PG_MAPPED and PG_WRITEABLE can only be cleared when
5147          *       the page is hard-busied AND pmap_count is 0.  This
5148          *       interlocks our setting of the flags here.
5149          */
5150         /*vm_page_spin_lock(m);*/
5151
5152         /*
5153          * In advanced mode we keep track of single mappings verses
5154          * multiple mappings in order to avoid unnecessary vm_page_protect()
5155          * calls (particularly on the kernel_map).
5156          *
5157          * If non-advanced mode we track the mapping count for similar effect.
5158          *
5159          * Avoid modifying the vm_page as much as possible, conditionalize
5160          * updates to reduce cache line ping-ponging.
5161          */
5162         flags = m->flags;
5163         cpu_ccfence();
5164         for (;;) {
5165                 nflags = PG_MAPPED;
5166                 if (newpte & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX])
5167                         nflags |= PG_WRITEABLE;
5168                 if (flags & PG_MAPPED)
5169                         nflags |= PG_MAPPEDMULTI;
5170                 if (flags == (flags | nflags))
5171                         break;
5172                 if (atomic_fcmpset_int(&m->flags, &flags, flags | nflags))
5173                         break;
5174         }
5175         /*vm_page_spin_unlock(m);*/
5176
5177         /*
5178          * A race can develop when replacing an existing mapping.  The new
5179          * page has been busied and the pte is placemark-locked, but the
5180          * old page could be ripped out from under us at any time by
5181          * a backing scan.
5182          *
5183          * If we do nothing, a concurrent backing scan may clear
5184          * PG_WRITEABLE and PG_MAPPED before we can act on oldm.
5185          */
5186         opa = origpte & PG_FRAME;
5187         if (opa && (origpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX])) {
5188                 oldm = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5189                 KKASSERT(opa == oldm->phys_addr);
5190                 KKASSERT(entry != NULL);
5191                 atomic_add_long(&oldm->md.interlock_count, 1);
5192         } else {
5193                 oldm = NULL;
5194         }
5195
5196         /*
5197          * Swap the new and old PTEs and perform any necessary SMP
5198          * synchronization.
5199          */
5200         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) || (opa == 0 && pt_pv != NULL)) {
5201                 /*
5202                  * Explicitly permitted to avoid pmap cpu mask synchronization
5203                  * or the prior content of a non-kernel-related pmap was
5204                  * invalid.
5205                  */
5206                 origpte = atomic_swap_long(ptep, newpte);
5207                 if (opa)
5208                         cpu_invlpg((void *)va);
5209         } else {
5210                 /*
5211                  * Not permitted to avoid pmap cpu mask synchronization
5212                  * or there prior content being replaced or this is a kernel
5213                  * related pmap.
5214                  *
5215                  * Due to other kernel optimizations, we cannot assume a
5216                  * 0->non_zero transition of *ptep can be done with a swap.
5217                  */
5218                 origpte = pmap_inval_smp(pmap, va, 1, ptep, newpte);
5219         }
5220         opa = origpte & PG_FRAME;
5221
5222 #ifdef PMAP_DEBUG2
5223         if (pmap_enter_debug > 0) {
5224                 --pmap_enter_debug;
5225                 kprintf("pmap_enter: va=%lx m=%p origpte=%lx newpte=%lx ptep=%p"
5226                         " pte_pv=%p pt_pv=%p opa=%lx prot=%02x\n",
5227                         va, m,
5228                         origpte, newpte, ptep,
5229                         pte_pv, pt_pv, opa, prot);
5230         }
5231 #endif
5232
5233         /*
5234          * Account for the changes in the pt_pv and pmap.
5235          *
5236          * Retain the same wiring count due to replacing an existing page,
5237          * or bump the wiring count for a new page.
5238          */
5239         if (pt_pv && opa == 0) {
5240                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
5241                 atomic_add_long(&pt_pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count, 1);
5242         }
5243         if (wired && (origpte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]) == 0)
5244                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, 1);
5245
5246         /*
5247          * Account for the removal of the old page.  pmap and pt_pv stats
5248          * have already been fully adjusted for both.
5249          *
5250          * WARNING! oldm is not soft or hard-busied.  The pte at worst can
5251          *          only be removed out from under us since we hold the
5252          *          placemarker.  So if it is still there, it must not have
5253          *          changed.
5254          *
5255          * WARNING! A backing scan can clear PG_WRITEABLE and/or PG_MAPPED
5256          *          and rip oldm away from us, possibly even freeing or
5257          *          paging it, and not setting our dirtying below.
5258          *
5259          *          To deal with this, oldm->md.interlock_count is bumped
5260          *          to indicate that we might (only might) have won the pte
5261          *          swap race, and then released below.
5262          */
5263         if (opa && (origpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX])) {
5264                 KKASSERT(oldm == PHYS_TO_VM_PAGE(opa));
5265                 if (origpte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
5266                         vm_page_dirty(oldm);
5267                 if (origpte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
5268                         vm_page_flag_set(oldm, PG_REFERENCED);
5269
5270                 /*
5271                  * NOTE: oldm is not hard-busied so it is not safe to
5272                  *       clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE on the 1->0
5273                  *       transition against them being set in
5274                  *       pmap_enter().
5275                  */
5276                 pmap_removed_pte(oldm, origpte);
5277         }
5278         if (oldm) {
5279                 if ((atomic_fetchadd_long(&oldm->md.interlock_count, -1) &
5280                      0x7FFFFFFFFFFFFFFFLU) == 0x4000000000000001LU) {
5281                         atomic_clear_long(&oldm->md.interlock_count,
5282                                           0x4000000000000000LU);
5283                         wakeup(&oldm->md.interlock_count);
5284                 }
5285         }
5286
5287 done:
5288         KKASSERT((newpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0 ||
5289                  (m->flags & PG_MAPPED));
5290
5291         /*
5292          * Cleanup the pv entry, allowing other accessors.  If the new page
5293          * is not managed but we have a pte_pv (which was locking our
5294          * operation), we can free it now.  pte_pv->pv_m should be NULL.
5295          */
5296         if (pte_placemark)
5297                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
5298         if (pt_pv)
5299                 pv_put(pt_pv);
5300 }
5301
5302 /*
5303  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5304  * to be used for panic dumps.
5305  *
5306  * The caller is responsible for calling smp_invltlb().
5307  */
5308 void *
5309 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
5310 {
5311         pmap_kenter_quick((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
5312         return ((void *)crashdumpmap);
5313 }
5314
5315 #if 0
5316 #define MAX_INIT_PT (96)
5317
5318 /*
5319  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
5320  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
5321  * immediately after an mmap.
5322  */
5323 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
5324 #endif
5325
5326 void
5327 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_map_entry_t entry,
5328                     vm_offset_t addr, vm_size_t size, int limit)
5329 {
5330 #if 0
5331         vm_prot_t prot = entry->protection;
5332         vm_object_t object = entry->ba.object;
5333         vm_pindex_t pindex = atop(entry->ba.offset + (addr - entry->ba.start));
5334         struct rb_vm_page_scan_info info;
5335         struct lwp *lp;
5336         vm_size_t psize;
5337
5338         /*
5339          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
5340          * or object.
5341          */
5342         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
5343                 return;
5344
5345         /*
5346          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
5347          */
5348         lp = curthread->td_lwp;
5349         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
5350                 return;
5351
5352         /*
5353          * Misc additional checks
5354          */
5355         psize = x86_64_btop(size);
5356
5357         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
5358                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
5359                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
5360                 return;
5361         }
5362
5363         if (pindex + psize > object->size) {
5364                 if (object->size < pindex)
5365                         return;           
5366                 psize = object->size - pindex;
5367         }
5368
5369         if (psize == 0)
5370                 return;
5371
5372         /*
5373          * If everything is segment-aligned do not pre-init here.  Instead
5374          * allow the normal vm_fault path to pass a segment hint to
5375          * pmap_enter() which will then use an object-referenced shared
5376          * page table page.
5377          */
5378         if ((addr & SEG_MASK) == 0 &&
5379             (ctob(psize) & SEG_MASK) == 0 &&
5380             (ctob(pindex) & SEG_MASK) == 0) {
5381                 return;
5382         }
5383
5384         /*
5385          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
5386          * any valid pages found into the pmap.
5387          *
5388          * We cannot safely scan the object's memq without holding the
5389          * object token.
5390          */
5391         info.start_pindex = pindex;
5392         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
5393         info.limit = limit;
5394         info.mpte = NULL;
5395         info.addr = addr;
5396         info.pmap = pmap;
5397         info.object = object;
5398         info.entry = entry;
5399
5400         /*
5401          * By using the NOLK scan, the callback function must be sure
5402          * to return -1 if the VM page falls out of the object.
5403          */
5404         vm_object_hold_shared(object);
5405         vm_page_rb_tree_RB_SCAN_NOLK(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
5406                                      pmap_object_init_pt_callback, &info);
5407         vm_object_drop(object);
5408 #endif
5409 }
5410
5411 #if 0
5412
5413 static
5414 int
5415 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
5416 {
5417         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
5418         vm_pindex_t rel_index;
5419         int hard_busy;
5420
5421         /*
5422          * don't allow an madvise to blow away our really
5423          * free pages allocating pv entries.
5424          */
5425         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
5426                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
5427                     return(-1);
5428         }
5429
5430         /*
5431          * Ignore list markers and ignore pages we cannot instantly
5432          * busy (while holding the object token).
5433          */
5434         if (p->flags & PG_MARKER)
5435                 return 0;
5436         hard_busy = 0;
5437 again:
5438         if (hard_busy) {
5439                 if (vm_page_busy_try(p, TRUE))
5440                         return 0;
5441         } else {
5442                 if (vm_page_sbusy_try(p))
5443                         return 0;
5444         }
5445         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
5446             (p->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5447                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE) {
5448                         if (hard_busy == 0) {
5449                                 vm_page_sbusy_drop(p);
5450                                 hard_busy = 1;
5451                                 goto again;
5452                         }
5453                         vm_page_deactivate(p);
5454                 }
5455                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
5456                 pmap_enter(info->pmap, info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p,
5457                            VM_PROT_READ, FALSE, info->entry);
5458         }
5459         if (hard_busy)
5460                 vm_page_wakeup(p);
5461         else
5462                 vm_page_sbusy_drop(p);
5463
5464         /*
5465          * We are using an unlocked scan (that is, the scan expects its
5466          * current element to remain in the tree on return).  So we have
5467          * to check here and abort the scan if it isn't.
5468          */
5469         if (p->object != info->object)
5470                 return -1;
5471         lwkt_yield();
5472         return(0);
5473 }
5474
5475 #endif
5476
5477 /*
5478  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially pre-fault the specified
5479  * address.
5480  *
5481  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a pte is already loaded
5482  * into the slot.
5483  *
5484  * The address must reside within a vm_map mapped range to ensure that the
5485  * page table doesn't get ripped out from under us.
5486  *
5487  * XXX This is safe only because page table pages are not freed.
5488  */
5489 int
5490 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5491 {
5492         pt_entry_t *pte;
5493
5494         /*spin_lock(&pmap->pm_spin);*/
5495         if ((pte = pmap_pte(pmap, addr)) != NULL) {
5496                 if (*pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
5497                         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
5498                         return FALSE;
5499                 }
5500         }
5501         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
5502         return TRUE;
5503 }
5504
5505 /*
5506  * Change the wiring attribute for a pmap/va pair.  The mapping must already
5507  * exist in the pmap.  The mapping may or may not be managed.  The wiring in
5508  * the page is not changed, the page is returned so the caller can adjust
5509  * its wiring (the page is not locked in any way).
5510  *
5511  * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to invalidate
5512  * TLB.  However, in an SMP environment we must use a locked bus cycle to
5513  * update the pte (if we are not using the pmap_inval_*() API that is)...
5514  * it's ok to do this for simple wiring changes.
5515  */
5516 vm_page_t
5517 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5518 {
5519         pt_entry_t *ptep;
5520         pv_entry_t pt_pv;
5521         vm_paddr_t pa;
5522         vm_page_t m;
5523
5524         if (pmap == NULL)
5525                 return NULL;
5526
5527         /*
5528          * Assume elements in the kernel pmap are stable
5529          */
5530         if (pmap == kernel_pmap) {
5531                 if (pmap_pt(pmap, va) == 0)
5532                         return NULL;
5533                 ptep = pmap_pte_quick(pmap, va);
5534                 if (pmap_pte_v(pmap, ptep)) {
5535                         if (pmap_pte_w(pmap, ptep))
5536                                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count,-1);
5537                         atomic_clear_long(ptep, pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]);
5538                         pa = *ptep & PG_FRAME;
5539                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5540                 } else {
5541                         m = NULL;
5542                 }
5543         } else {
5544                 /*
5545                  * We can only [un]wire pmap-local pages (we cannot wire
5546                  * shared pages)
5547                  */
5548                 pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
5549                 if (pt_pv == NULL)
5550                         return NULL;
5551
5552                 ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
5553                 if ((*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0) {
5554                         pv_put(pt_pv);
5555                         return NULL;
5556                 }
5557
5558                 if (pmap_pte_w(pmap, ptep)) {
5559                         atomic_add_long(&pt_pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count,
5560                                         -1);
5561                 }
5562                 /* XXX else return NULL so caller doesn't unwire m ? */
5563
5564                 atomic_clear_long(ptep, pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]);
5565
5566                 pa = *ptep & PG_FRAME;
5567                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);        /* held by wired count */
5568                 pv_put(pt_pv);
5569         }
5570         return m;
5571 }
5572
5573 /*
5574  * Copy the range specified by src_addr/len from the source map to
5575  * the range dst_addr/len in the destination map.
5576  *
5577  * This routine is only advisory and need not do anything.
5578  */
5579 void
5580 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
5581           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
5582 {
5583 }       
5584
5585 /*
5586  * pmap_zero_page:
5587  *
5588  *      Zero the specified physical page.
5589  *
5590  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
5591  *      required.
5592  */
5593 void
5594 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
5595 {
5596         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
5597
5598         pagezero((void *)va);
5599 }
5600
5601 /*
5602  * pmap_zero_page:
5603  *
5604  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
5605  *      its contents with bzero.
5606  *
5607  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5608  */
5609 void
5610 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
5611 {
5612         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
5613
5614         bzero((char *)virt + off, size);
5615 }
5616
5617 /*
5618  * pmap_copy_page:
5619  *
5620  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
5621  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
5622  *      is required.
5623  */
5624 void
5625 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
5626 {
5627         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
5628
5629         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
5630         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
5631         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
5632 }
5633
5634 /*
5635  * pmap_copy_page_frag:
5636  *
5637  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
5638  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
5639  *      is required.
5640  */
5641 void
5642 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
5643 {
5644         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
5645
5646         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
5647         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
5648
5649         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
5650               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
5651               bytes);
5652 }
5653
5654 /*
5655  * Remove all pages from specified address space this aids process exit
5656  * speeds.  Also, this code may be special cased for the current process
5657  * only.
5658  */
5659 void
5660 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5661 {
5662         pmap_remove_noinval(pmap, sva, eva);
5663         cpu_invltlb();
5664 }
5665
5666 /*
5667  * pmap_testbit tests bits in pte's note that the testbit/clearbit
5668  * routines are inline, and a lot of things compile-time evaluate.
5669  *
5670  * Currently only used to test the 'M'odified bit.  If the page
5671  * is not PG_WRITEABLE, the 'M'odified bit cannot be set and we
5672  * return immediately.  Fictitious pages do not track this bit.
5673  */
5674 static
5675 boolean_t
5676 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
5677 {
5678         int res = FALSE;
5679
5680         if (__predict_false(!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)))
5681                 return FALSE;
5682         /*
5683          * Nothing to do if all the mappings are already read-only.
5684          * The page's [M]odify bits have already been synchronized
5685          * to the vm_page_t and cleaned out.
5686          */
5687         if (bit == PG_M_IDX && (m->flags & PG_WRITEABLE) == 0)
5688                 return FALSE;
5689
5690         /*
5691          * Iterate the mapping
5692          */
5693         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5694                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[bit]) {
5695                         res = TRUE;
5696                         break;
5697                 }
5698         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5699         return res;
5700 }
5701
5702 /*
5703  * This routine is used to modify bits in ptes.  Only one bit should be
5704  * specified.  PG_RW requires special handling.  This call works with
5705  * any sort of mapped page.  PG_FICTITIOUS pages might not be optimal.
5706  *
5707  * Caller must NOT hold any spin locks
5708  * Caller must hold (m) hard-busied
5709  *
5710  * NOTE: When clearing PG_M we could also (not implemented) drop
5711  *       through to the PG_RW code and clear PG_RW too, forcing
5712  *       a fault on write to redetect PG_M for virtual kernels, but
5713  *       it isn't necessary since virtual kernels invalidate the
5714  *       pte when they clear the VPTE_M bit in their virtual page
5715  *       tables.
5716  *
5717  * NOTE: Does not re-dirty the page when clearing only PG_M.
5718  *
5719  * NOTE: Because we do not lock the pv, *pte can be in a state of
5720  *       flux.  Despite this the value of *pte is still somewhat
5721  *       related while we hold the vm_page spin lock.
5722  *
5723  *       *pte can be zero due to this race.  Since we are clearing
5724  *       bits we basically do no harm when this race occurs.
5725  */
5726 static __inline
5727 void
5728 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit_index)
5729 {
5730         pt_entry_t npte;
5731         int retry;
5732         long icount;
5733
5734         /*
5735          * Too early in the boot
5736          */
5737         if (__predict_false(!pmap_initialized)) {
5738                 if (bit_index == PG_RW_IDX)
5739                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
5740                 return;
5741         }
5742         if ((m->flags & (PG_MAPPED | PG_WRITEABLE)) == 0)
5743                 return;
5744
5745         /*
5746          * Being asked to clear other random bits, we don't track them
5747          * so we have to iterate.
5748          *
5749          * pmap_clear_reference() is called (into here) with the page
5750          * hard-busied to check whether the page is still mapped and
5751          * will clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE if it isn't.
5752          */
5753         if (bit_index != PG_RW_IDX) {
5754 #if 0
5755                 long icount;
5756
5757                 icount = 0;
5758 #endif
5759                 PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5760 #if 0
5761                         ++icount;
5762 #endif
5763                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[bit_index]) {
5764                                 atomic_clear_long(iptep,
5765                                                   ipmap->pmap_bits[bit_index]);
5766                         }
5767                 } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5768 #if 0
5769                 if (icount == 0) {
5770                         icount = atomic_fetchadd_long(&m->md.interlock_count,
5771                                                       0x8000000000000000LU);
5772                         if ((icount & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFLU) == 0) {
5773                                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED |
5774                                                       PG_MAPPEDMULTI |
5775                                                       PG_WRITEABLE);
5776                         }
5777                 }
5778 #endif
5779                 return;
5780         }
5781
5782         /*
5783          * Being asked to clear the RW bit.
5784          *
5785          * Nothing to do if all the mappings are already read-only
5786          */
5787         if ((m->flags & PG_WRITEABLE) == 0)
5788                 return;
5789
5790         /*
5791          * Iterate the mappings and check.
5792          */
5793         retry = ticks + hz * 60;
5794 again:
5795         /*
5796          * Clear PG_RW. This also clears PG_M and marks the page dirty if
5797          * PG_M was set.
5798          *
5799          * Since the caller holds the page hard-busied we can safely clear
5800          * PG_WRITEABLE, and callers expect us to for the PG_RW_IDX path.
5801          */
5802         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5803 #if 0
5804                 if ((ipte & ipmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0)
5805                         continue;
5806 #endif
5807                 if ((ipte & ipmap->pmap_bits[PG_RW_IDX]) == 0)
5808                         continue;
5809                 npte = ipte & ~(ipmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
5810                                 ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX]);
5811                 if (!pmap_inval_smp_cmpset(ipmap, iva, iptep, ipte, npte))
5812                         PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
5813                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
5814                         vm_page_dirty(m);
5815
5816                 /*
5817                  * NOTE: m is not hard-busied so it is not safe to
5818                  *       clear PG_WRITEABLE on the 1->0 transition
5819                  *       against it being set in pmap_enter().
5820                  *
5821                  *       pmap_count and writeable_count are only applicable
5822                  *       to non-fictitious pages (PG_MANAGED_IDX from pte)
5823                  */
5824         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5825
5826         /*
5827          * If our scan lost a pte swap race oldm->md.interlock_count might
5828          * be set from the pmap_enter() code.  If so sleep a little and try
5829          * again.
5830          *
5831          * Use an atomic op to access interlock_count to ensure ordering.
5832          */
5833         icount = atomic_fetchadd_long(&m->md.interlock_count,
5834                                       0x8000000000000000LU) +
5835                  0x8000000000000000LU;
5836         cpu_ccfence();
5837         while (icount & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFLU) {
5838                 tsleep_interlock(&m->md.interlock_count, 0);
5839                 if (atomic_fcmpset_long(&m->md.interlock_count, &icount,
5840                                         icount | 0x4000000000000000LU)) {
5841                         tsleep(&m->md.interlock_count, PINTERLOCKED,
5842                                "pgunm", 1);
5843                         icount = m->md.interlock_count;
5844                         if (retry - ticks > 0)
5845                                 goto again;
5846                         panic("pmap_clearbit: cannot return interlock_count "
5847                               "to 0 (%p, %ld)",
5848                               m, m->md.interlock_count);
5849                 }
5850         }
5851         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
5852 }
5853
5854 /*
5855  * Lower the permission for all mappings to a given page.
5856  *
5857  * Page must be hard-busied by caller.  Because the page is busied by the
5858  * caller, this should not be able to race a pmap_enter().
5859  */
5860 void
5861 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
5862 {
5863         /* JG NX support? */
5864         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5865                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
5866                         /*
5867                          * NOTE: pmap_clearbit(.. PG_RW) also clears
5868                          *       the PG_WRITEABLE flag in (m).
5869                          */
5870                         pmap_clearbit(m, PG_RW_IDX);
5871                 } else {
5872                         pmap_remove_all(m);
5873                 }
5874         }
5875 }
5876
5877 vm_paddr_t
5878 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
5879 {
5880         return (x86_64_ptob(ppn));
5881 }
5882
5883 /*
5884  * Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5885  * It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5886  * is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5887  * reference bits set.
5888  *
5889  * XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5890  * should be tested and standardized at some point in the future for
5891  * optimal aging of shared pages.
5892  *
5893  * This routine may not block.
5894  */
5895 int
5896 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5897 {
5898         int rval = 0;
5899         pt_entry_t npte;
5900
5901         if (__predict_false(!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)))
5902                 return rval;
5903         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5904                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX]) {
5905                         npte = ipte & ~ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
5906                         if (!atomic_cmpset_long(iptep, ipte, npte))
5907                                 PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
5908                         ++rval;
5909                         if (rval > 4)
5910                                 break;
5911                 }
5912         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5913         return rval;
5914 }
5915
5916 /*
5917  *      pmap_is_modified:
5918  *
5919  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5920  *      in any physical maps.
5921  */
5922 boolean_t
5923 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5924 {
5925         boolean_t res;
5926
5927         res = pmap_testbit(m, PG_M_IDX);
5928         return (res);
5929 }
5930
5931 /*
5932  * Clear the modify bit on the vm_page.
5933  *
5934  * The page must be hard-busied.
5935  */
5936 void
5937 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5938 {
5939         pmap_clearbit(m, PG_M_IDX);
5940 }
5941
5942 /*
5943  *      pmap_clear_reference:
5944  *
5945  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
5946  */
5947 void
5948 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
5949 {
5950         pmap_clearbit(m, PG_A_IDX);
5951 }
5952
5953 /*
5954  * Miscellaneous support routines follow
5955  */
5956
5957 static
5958 void
5959 x86_64_protection_init(void)
5960 {
5961         uint64_t *kp;
5962         int prot;
5963
5964         /*
5965          * NX supported? (boot time loader.conf override only)
5966          *
5967          * -1   Automatic (sets mode 1)
5968          *  0   Disabled
5969          *  1   NX implemented, differentiates PROT_READ vs PROT_READ|PROT_EXEC
5970          *  2   NX implemented for all cases
5971          */
5972         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.pmap_nx_enable", &pmap_nx_enable);
5973         if ((amd_feature & AMDID_NX) == 0) {
5974                 pmap_bits_default[PG_NX_IDX] = 0;
5975                 pmap_nx_enable = 0;
5976         } else if (pmap_nx_enable < 0) {
5977                 pmap_nx_enable = 1;             /* default to mode 1 (READ) */
5978         }
5979
5980         /*
5981          * 0 is basically read-only access, but also set the NX (no-execute)
5982          * bit when VM_PROT_EXECUTE is not specified.
5983          */
5984         kp = protection_codes;
5985         for (prot = 0; prot < PROTECTION_CODES_SIZE; prot++) {
5986                 switch (prot) {
5987                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
5988                         /*
5989                          * This case handled elsewhere
5990                          */
5991                         *kp = 0;
5992                         break;
5993                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
5994                         /*
5995                          * Read-only is 0|NX    (pmap_nx_enable mode >= 1)
5996                          */
5997                         if (pmap_nx_enable >= 1)
5998                                 *kp = pmap_bits_default[PG_NX_IDX];
5999                         break;
6000                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
6001                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
6002                         /*
6003                          * Execute requires read access
6004                          */
6005                         *kp = 0;
6006                         break;
6007                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
6008                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
6009                         /*
6010                          * Write without execute is RW|NX
6011                          *                      (pmap_nx_enable mode >= 2)
6012                          */
6013                         *kp = pmap_bits_default[PG_RW_IDX];
6014                         if (pmap_nx_enable >= 2)
6015                                 *kp |= pmap_bits_default[PG_NX_IDX];
6016                         break;
6017                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
6018                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
6019                         /*
6020                          * Write with execute is RW
6021                          */
6022                         *kp = pmap_bits_default[PG_RW_IDX];
6023                         break;
6024                 }
6025                 ++kp;
6026         }
6027 }
6028
6029 /*
6030  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6031  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6032  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6033  * NOT real memory.
6034  *
6035  * NOTE: We can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
6036  *       a time.
6037  *
6038  * NOTE: The PAT attributes {WRITE_BACK, WRITE_THROUGH, UNCACHED, UNCACHEABLE}
6039  *       work whether the cpu supports PAT or not.  The remaining PAT
6040  *       attributes {WRITE_PROTECTED, WRITE_COMBINING} only work if the cpu
6041  *       supports PAT.
6042  */
6043 void *
6044 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6045 {
6046         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6047 }
6048
6049 void *
6050 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6051 {
6052         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6053 }
6054
6055 void *
6056 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6057 {
6058         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6059 }
6060
6061 /*
6062  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6063  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6064  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6065  * NOT real memory.
6066  */
6067 void *
6068 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6069 {
6070         vm_offset_t va, tmpva, offset;
6071         pt_entry_t *pte;
6072         vm_size_t tmpsize;
6073
6074         offset = pa & PAGE_MASK;
6075         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
6076
6077         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size, VM_SUBSYS_MAPDEV, PAGE_SIZE);
6078         if (va == 0)
6079                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
6080
6081         pa = pa & ~PAGE_MASK;
6082         for (tmpva = va, tmpsize = size; tmpsize > 0;) {
6083                 pte = vtopte(tmpva);
6084                 *pte = pa |
6085                     kernel_pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
6086                     kernel_pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] | /* pgeflag | */
6087                     kernel_pmap->pmap_cache_bits_pte[mode];
6088                 tmpsize -= PAGE_SIZE;
6089                 tmpva += PAGE_SIZE;
6090                 pa += PAGE_SIZE;
6091         }
6092         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + size);
6093         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
6094
6095         return ((void *)(va + offset));
6096 }
6097
6098 void
6099 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6100 {
6101         vm_offset_t base, offset;
6102
6103         base = va & ~PAGE_MASK;
6104         offset = va & PAGE_MASK;
6105         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
6106         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
6107         kmem_free(kernel_map, base, size);
6108 }
6109
6110 /*
6111  * Sets the memory attribute for the specified page.
6112  */
6113 void
6114 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6115 {
6116
6117     m->pat_mode = ma;
6118
6119     /*
6120      * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6121      * can be relied upon to perform any cache operations that are
6122      * required for data coherence.
6123      */
6124     if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0)
6125         pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), 1, m->pat_mode);
6126 }
6127
6128 /*
6129  * Change the PAT attribute on an existing kernel memory map.  Caller
6130  * must ensure that the virtual memory in question is not accessed
6131  * during the adjustment.
6132  *
6133  * If the va is within the DMAP we cannot use vtopte() because the DMAP
6134  * utilizes 2MB or 1GB pages.  2MB is forced atm so calculate the pd_entry
6135  * pointer based on that.
6136  */
6137 void
6138 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t count, int mode)
6139 {
6140         pt_entry_t *pte;
6141         vm_offset_t base;
6142         int changed = 0;
6143
6144         if (va == 0)
6145                 panic("pmap_change_attr: va is NULL");
6146         base = trunc_page(va);
6147
6148         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
6149                 pd_entry_t *pd;
6150
6151                 KKASSERT(va < DMapMaxAddress);
6152                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(DMPDphys);
6153                 pd += (va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> PDRSHIFT;
6154
6155                 while ((long)count > 0) {
6156                         *pd =
6157                            (*pd & ~(pd_entry_t)(kernel_pmap->pmap_cache_mask_pde)) |
6158                            kernel_pmap->pmap_cache_bits_pde[mode];
6159                         count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
6160                         va += NBPDR;
6161                         ++pd;
6162                 }
6163         } else {
6164                 while (count) {
6165                         pte = vtopte(va);
6166                         *pte =
6167                            (*pte & ~(pt_entry_t)(kernel_pmap->pmap_cache_mask_pte)) |
6168                            kernel_pmap->pmap_cache_bits_pte[mode];
6169                         --count;
6170                         va += PAGE_SIZE;
6171                 }
6172         }
6173
6174         changed = 1;    /* XXX: not optimal */
6175
6176         /*
6177          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6178          * shouldn't be, etc.
6179          */
6180         if (changed) {
6181                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, va);
6182                 pmap_invalidate_cache_range(base, va);
6183         }
6184 }
6185
6186 /*
6187  * perform the pmap work for mincore
6188  */
6189 int
6190 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
6191 {
6192         pt_entry_t *ptep, pte;
6193         vm_page_t m;
6194         int val = 0;
6195         
6196         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
6197
6198         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
6199                 vm_offset_t pa;
6200
6201                 val = MINCORE_INCORE;
6202                 pa = pte & PG_FRAME;
6203                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX])
6204                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6205                 else
6206                         m = NULL;
6207
6208                 /*
6209                  * Modified by us
6210                  */
6211                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
6212                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6213
6214                 /*
6215                  * Modified by someone
6216                  */
6217                 else if (m && (m->dirty || pmap_is_modified(m)))
6218                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6219
6220                 /*
6221                  * Referenced by us, or someone else.
6222                  */
6223                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]) {
6224                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6225                 } else if (m && ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
6226                                  pmap_ts_referenced(m))) {
6227                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6228                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
6229                 }
6230         } 
6231         return val;
6232 }
6233
6234 /*
6235  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
6236  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
6237  *
6238  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
6239  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
6240  *
6241  * The process must hold the vmspace->vm_map.token for oldvm and newvm
6242  */
6243 void
6244 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
6245 {
6246         struct vmspace *oldvm;
6247         struct lwp *lp;
6248
6249         oldvm = p->p_vmspace;
6250         if (oldvm != newvm) {
6251                 if (adjrefs)
6252                         vmspace_ref(newvm);
6253                 p->p_vmspace = newvm;
6254                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
6255                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
6256                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
6257                 if (adjrefs)
6258                         vmspace_rel(oldvm);
6259         }
6260 }
6261
6262 /*
6263  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
6264  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
6265  * on a per-lwp basis.
6266  *
6267  * Caller does not necessarily hold any vmspace tokens.  Caller must control
6268  * the lwp (typically be in the context of the lwp).  We use a critical
6269  * section to protect against statclock and hardclock (statistics collection).
6270  */
6271 void
6272 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
6273 {
6274         struct vmspace *oldvm;
6275         struct pmap *pmap;
6276         thread_t td;
6277
6278         oldvm = lp->lwp_vmspace;
6279
6280         if (oldvm != newvm) {
6281                 crit_enter();
6282                 td = curthread;
6283                 KKASSERT((newvm->vm_refcnt & VM_REF_DELETED) == 0);
6284                 lp->lwp_vmspace = newvm;
6285                 if (td->td_lwp == lp) {
6286                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
6287                         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(pmap->pm_active, mycpu->gd_cpuid);
6288                         if (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL)
6289                                 pmap_interlock_wait(newvm);
6290 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
6291                         tlb_flush_count++;
6292 #endif
6293                         if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] == REGULAR_PMAP) {
6294                                 td->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
6295                                 if (meltdown_mitigation && pmap->pm_pmlpv_iso) {
6296                                         td->td_pcb->pcb_cr3_iso =
6297                                                 vtophys(pmap->pm_pml4_iso);
6298                                         td->td_pcb->pcb_flags |= PCB_ISOMMU;
6299                                 } else {
6300                                         td->td_pcb->pcb_cr3_iso = 0;
6301                                         td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_ISOMMU;
6302                                 }
6303                         } else if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] == EPT_PMAP) {
6304                                 td->td_pcb->pcb_cr3 = KPML4phys;
6305                                 td->td_pcb->pcb_cr3_iso = 0;
6306                                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_ISOMMU;
6307                         } else {
6308                                 panic("pmap_setlwpvm: unknown pmap type\n");
6309                         }
6310
6311                         /*
6312                          * The MMU separation fields needs to be updated.
6313                          * (it can't access the pcb directly from the
6314                          * restricted user pmap).
6315                          */
6316                         {
6317                                 struct trampframe *tramp;
6318
6319                                 tramp = &pscpu->trampoline;
6320                                 tramp->tr_pcb_cr3 = td->td_pcb->pcb_cr3;
6321                                 tramp->tr_pcb_cr3_iso = td->td_pcb->pcb_cr3_iso;
6322                                 tramp->tr_pcb_flags = td->td_pcb->pcb_flags;
6323                                 tramp->tr_pcb_rsp = (register_t)td->td_pcb;
6324                                 /* tr_pcb_rsp doesn't change */
6325                         }
6326
6327                         /*
6328                          * In kernel-land we always use the normal PML4E
6329                          * so the kernel is fully mapped and can also access
6330                          * user memory.
6331                          */
6332                         load_cr3(td->td_pcb->pcb_cr3);
6333                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
6334                         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(pmap->pm_active,
6335                                                mycpu->gd_cpuid);
6336                 }
6337                 crit_exit();
6338         }
6339 }
6340
6341 /*
6342  * Used to control the backing vmspace on the host for a guest VM.
6343  * The cpumask is needed by the host pager to properly invalidate the
6344  * host TLB when paging out the backing memory of a guest VM.
6345  *
6346  * NOTE: The scheduler might somtimes overload multiple vCPUs on the
6347  *       same physical cpu, so operating is not quite as simple as
6348  *       calling add_cpu/del_cpu in the core vmrun routines.
6349  */
6350 void
6351 pmap_add_cpu(struct vmspace *vm, int cpuid)
6352 {
6353         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(vm->vm_pmap.pm_active, mycpu->gd_cpuid);
6354         crit_enter();
6355         pmap_interlock_wait(vm);
6356         crit_exit();
6357 }
6358
6359 void
6360 pmap_del_cpu(struct vmspace *vm, int cpuid)
6361 {
6362         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(vm->vm_pmap.pm_active, mycpu->gd_cpuid);
6363 }
6364
6365 void
6366 pmap_del_all_cpus(struct vmspace *vm)
6367 {
6368         CPUMASK_ASSZERO(vm->vm_pmap.pm_active);
6369 }
6370
6371 /*
6372  * Called when switching to a locked pmap, used to interlock against pmaps
6373  * undergoing modifications to prevent us from activating the MMU for the
6374  * target pmap until all such modifications have completed.  We have to do
6375  * this because the thread making the modifications has already set up its
6376  * SMP synchronization mask.
6377  *
6378  * This function cannot sleep!
6379  *
6380  * No requirements.
6381  */
6382 void
6383 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
6384 {
6385         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
6386
6387         if (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL) {
6388                 crit_enter();
6389                 KKASSERT(curthread->td_critcount >= 2);
6390                 DEBUG_PUSH_INFO("pmap_interlock_wait");
6391                 while (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL) {
6392                         cpu_ccfence();
6393                         lwkt_process_ipiq();
6394                 }
6395                 DEBUG_POP_INFO();
6396                 crit_exit();
6397         }
6398 }
6399
6400 vm_offset_t
6401 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
6402 {
6403
6404         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) ||
6405             ((obj->type != OBJT_DEVICE) && (obj->type != OBJT_MGTDEVICE))) {
6406                 return addr;
6407         }
6408
6409         addr = roundup2(addr, NBPDR);
6410         return addr;
6411 }
6412
6413 /*
6414  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
6415  */
6416 vm_page_t
6417 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
6418 {
6419         pt_entry_t *ptep = vtopte(va);
6420
6421         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME));
6422 }
6423
6424 /*
6425  * Initialize machine-specific shared page directory support.  This
6426  * is executed when a VM object is created.
6427  */
6428 void
6429 pmap_object_init(vm_object_t object)
6430 {
6431 }
6432
6433 /*
6434  * Clean up machine-specific shared page directory support.  This
6435  * is executed when a VM object is destroyed.
6436  */
6437 void
6438 pmap_object_free(vm_object_t object)
6439 {
6440 }
6441
6442 /*
6443  * pmap_pgscan_callback - Used by pmap_pgscan to acquire the related
6444  * VM page and issue a pginfo->callback.
6445  */
6446 static
6447 void
6448 pmap_pgscan_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
6449                       vm_pindex_t *pte_placemark,
6450                       pv_entry_t pt_pv, vm_offset_t va,
6451                       pt_entry_t *ptep, void *arg)
6452 {
6453         struct pmap_pgscan_info *pginfo = arg;
6454         vm_page_t m;
6455         pt_entry_t pte;
6456
6457         pte = *ptep;
6458         cpu_ccfence();
6459
6460         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
6461                 /*
6462                  * Try to busy the page while we hold the pte_placemark locked.
6463                  */
6464                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME);
6465                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
6466                         if (m == PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME)) {
6467                                 /*
6468                                  * The callback is issued with the pt_pv
6469                                  * unlocked.
6470                                  */
6471                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6472                                 if (pt_pv) {
6473                                         vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
6474                                         pv_unlock(pt_pv);
6475                                 }
6476                                 if (pginfo->callback(pginfo, va, m) < 0)
6477                                         info->stop = 1;
6478                                 if (pt_pv) {
6479                                         pv_lock(pt_pv);
6480                                         if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m)) {
6481                                                 panic("pmap_pgscan: bad wire_"
6482                                                       "count on pt_pv");
6483                                         }
6484                                 }
6485                         } else {
6486                                 vm_page_wakeup(m);
6487                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6488                         }
6489                 } else {
6490                         ++pginfo->busycount;
6491                         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6492                 }
6493         } else {
6494                 /*
6495                  * Shared page table or unmanaged page (sharept or !sharept)
6496                  */
6497                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6498         }
6499 }
6500
6501 void
6502 pmap_pgscan(struct pmap_pgscan_info *pginfo)
6503 {
6504         struct pmap_scan_info info;
6505
6506         pginfo->offset = pginfo->beg_addr;
6507         info.pmap = pginfo->pmap;
6508         info.sva = pginfo->beg_addr;
6509         info.eva = pginfo->end_addr;
6510         info.func = pmap_pgscan_callback;
6511         info.arg = pginfo;
6512         pmap_scan(&info, 0);
6513         if (info.stop == 0)
6514                 pginfo->offset = pginfo->end_addr;
6515 }
6516
6517 /*
6518  * Wait for a placemarker that we do not own to clear.  The placemarker
6519  * in question is not necessarily set to the pindex we want, we may have
6520  * to wait on the element because we want to reserve it ourselves.
6521  *
6522  * NOTE: PM_PLACEMARK_WAKEUP sets a bit which is already set in
6523  *       PM_NOPLACEMARK, so it does not interfere with placemarks
6524  *       which have already been woken up.
6525  *
6526  * NOTE: This routine is called without the pmap spin-lock and so can
6527  *       race changes to *pmark.  Due to the sensitivity of the routine
6528  *       to possible MULTIPLE interactions from other cpus, and the
6529  *       overloading of the WAKEUP bit on PM_NOPLACEMARK, we have to
6530  *       use a cmpset loop to avoid a race that might cause the WAKEUP
6531  *       bit to be lost.
6532  *
6533  * Caller is expected to retry its operation upon return.
6534  */
6535 static
6536 void
6537 pv_placemarker_wait(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark)
6538 {
6539         vm_pindex_t mark;
6540
6541         mark = *pmark;
6542         cpu_ccfence();
6543         while (mark != PM_NOPLACEMARK) {
6544                 tsleep_interlock(pmark, 0);
6545                 if (atomic_fcmpset_long(pmark, &mark,
6546                                        mark | PM_PLACEMARK_WAKEUP)) {
6547                         tsleep(pmark, PINTERLOCKED, "pvplw", 0);
6548                         break;
6549                 }
6550         }
6551 }
6552
6553 /*
6554  * Wakeup a placemarker that we own.  Replace the entry with
6555  * PM_NOPLACEMARK and issue a wakeup() if necessary.
6556  */
6557 static
6558 void
6559 pv_placemarker_wakeup(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark)
6560 {
6561         vm_pindex_t pindex;
6562
6563         pindex = atomic_swap_long(pmark, PM_NOPLACEMARK);
6564         KKASSERT(pindex != PM_NOPLACEMARK);
6565         if (pindex & PM_PLACEMARK_WAKEUP)
6566                 wakeup(pmark);
6567 }