sys/platform/pc64/x86_64/pmap.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
   3  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
   4  * Copyright (c) 1994 David Greenman
   5  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
   6  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
   7  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
   8  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
   9  * All rights reserved.
  10  *
  11  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
  12  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
  13  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
  14  *
  15  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  16  * modification, are permitted provided that the following conditions
  17  * are met:
  18  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  20  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  22  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  23  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  24  *    must display the following acknowledgement:
  25  *      This product includes software developed by the University of
  26  *      California, Berkeley and its contributors.
  27  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  28  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  29  *    without specific prior written permission.
  30  *
  31  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  32  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  33  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  34  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  35  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  36  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  37  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  38  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  39  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  40  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  41  * SUCH DAMAGE.
  42  *
  43  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
  44  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
  45  */
  46
  47 /*
  48  *      Manages physical address maps.
  49  *
  50  *      In addition to hardware address maps, this
  51  *      module is called upon to provide software-use-only
  52  *      maps which may or may not be stored in the same
  53  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
  54  *      used to store intermediate results from copy
  55  *      operations to and from address spaces.
  56  *
  57  *      Since the information managed by this module is
  58  *      also stored by the logical address mapping module,
  59  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
  60  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
  61  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
  62  *      requested.
  63  *
  64  *      In order to cope with hardware architectures which
  65  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
  66  *      this module may delay invalidate or reduced protection
  67  *      operations until such time as they are actually
  68  *      necessary.  This module is given full information as
  69  *      to which processors are currently using which maps,
  70  *      and to when physical maps must be made correct.
  71  */
  72
  73 #if JG
  74 #include "opt_disable_pse.h"
  75 #include "opt_pmap.h"
  76 #endif
  77 #include "opt_msgbuf.h"
  78
  79 #include <sys/param.h>
  80 #include <sys/systm.h>
  81 #include <sys/kernel.h>
  82 #include <sys/proc.h>
  83 #include <sys/msgbuf.h>
  84 #include <sys/vmmeter.h>
  85 #include <sys/mman.h>
  86
  87 #include <vm/vm.h>
  88 #include <vm/vm_param.h>
  89 #include <sys/sysctl.h>
  90 #include <sys/lock.h>
  91 #include <vm/vm_kern.h>
  92 #include <vm/vm_page.h>
  93 #include <vm/vm_map.h>
  94 #include <vm/vm_object.h>
  95 #include <vm/vm_extern.h>
  96 #include <vm/vm_pageout.h>
  97 #include <vm/vm_pager.h>
  98 #include <vm/vm_zone.h>
  99
 100 #include <sys/user.h>
 101 #include <sys/thread2.h>
 102 #include <sys/sysref2.h>
 103
 104 #include <machine/cputypes.h>
 105 #include <machine/md_var.h>
 106 #include <machine/specialreg.h>
 107 #include <machine/smp.h>
 108 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
 109 #include <machine/globaldata.h>
 110 #include <machine/pmap.h>
 111 #include <machine/pmap_inval.h>
 112
 113 #include <ddb/ddb.h>
 114
 115 #define PMAP_KEEP_PDIRS
 116 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
 117 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
 118 #endif
 119
 120 #if defined(DIAGNOSTIC)
 121 #define PMAP_DIAGNOSTIC
 122 #endif
 123
 124 #define MINPV 2048
 125
 126 /*
 127  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
 128  */
 129 static pd_entry_t *pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 130 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
 131
 132 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
 133 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
 134 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
 135 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
 136 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
 137
 138
 139 /*
 140  * Given a map and a machine independent protection code,
 141  * convert to a vax protection code.
 142  */
 143 #define pte_prot(m, p)          \
 144         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
 145 static int protection_codes[8];
 146
 147 struct pmap kernel_pmap;
 148 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
 149
 150 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
 151 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
 152 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
 153 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
 154 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
 155 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
 156 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
 157 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
 158 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
 159 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
 160
 161 static vm_object_t kptobj;
 162
 163 static int ndmpdp;
 164 static vm_paddr_t dmaplimit;
 165 static int nkpt;
 166 vm_offset_t kernel_vm_end;
 167
 168 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
 169 uint64_t                KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
 170 uint64_t                KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
 171
 172 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
 173 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
 174
 175 /*
 176  * Data for the pv entry allocation mechanism
 177  */
 178 static vm_zone_t pvzone;
 179 static struct vm_zone pvzone_store;
 180 static struct vm_object pvzone_obj;
 181 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
 182 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
 183 static struct pv_entry *pvinit;
 184
 185 /*
 186  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
 187  */
 188 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
 189 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
 190 static pt_entry_t *msgbufmap;
 191 struct msgbuf *msgbufp=0;
 192
 193 /*
 194  * Crashdump maps.
 195  */
 196 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
 197 static caddr_t crashdumpmap;
 198
 199 extern uint64_t KPTphys;
 200 extern pt_entry_t *SMPpt;
 201 extern uint64_t SMPptpa;
 202
 203 #define DISABLE_PSE
 204
 205 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
 206 static void i386_protection_init (void);
 207 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
 208 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
 209 static void pmap_enter_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
 210 static int  pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq,
 211                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
 212 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap,
 213                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
 214 static int  pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
 215                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
 216 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
 217 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
 218                                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
 219
 220 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 221
 222 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
 223 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex);
 224 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 225 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
 226 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
 227                                 pmap_inval_info_t info);
 228 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
 229 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
 230
 231 static unsigned pdir4mb;
 232
 233 /*
 234  * Move the kernel virtual free pointer to the next
 235  * 2MB.  This is used to help improve performance
 236  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
 237  * (.text, .data, .bss)
 238  */
 239 static
 240 vm_offset_t
 241 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
 242 {
 243         vm_offset_t newaddr = addr;
 244
 245         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
 246         return newaddr;
 247 }
 248
 249 /*
 250  * pmap_pte_quick:
 251  *
 252  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
 253  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
 254  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
 255  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
 256  *
 257  *      Should only be called while in a critical section.
 258  */
 259 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 260
 261 static
 262 pt_entry_t *
 263 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 264 {
 265         return pmap_pte(pmap, va);
 266 }
 267
 268 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
 269 static __inline
 270 vm_pindex_t
 271 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
 272 {
 273         return va >> PDRSHIFT;
 274 }
 275
 276 /* Return various clipped indexes for a given VA */
 277 static __inline
 278 vm_pindex_t
 279 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
 280 {
 281
 282         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
 283 }
 284
 285 static __inline
 286 vm_pindex_t
 287 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
 288 {
 289
 290         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
 291 }
 292
 293 static __inline
 294 vm_pindex_t
 295 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
 296 {
 297
 298         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
 299 }
 300
 301 static __inline
 302 vm_pindex_t
 303 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
 304 {
 305
 306         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
 307 }
 308
 309 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
 310 static __inline
 311 pml4_entry_t *
 312 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 313 {
 314
 315         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
 316 }
 317
 318 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
 319 static __inline
 320 pdp_entry_t *
 321 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
 322 {
 323         pdp_entry_t *pdpe;
 324
 325         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
 326         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
 327 }
 328
 329 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
 330 static __inline
 331 pdp_entry_t *
 332 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 333 {
 334         pml4_entry_t *pml4e;
 335
 336         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
 337         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
 338                 return NULL;
 339         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
 340 }
 341
 342 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
 343 static __inline
 344 pd_entry_t *
 345 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
 346 {
 347         pd_entry_t *pde;
 348
 349         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
 350         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
 351 }
 352
 353 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
 354 static __inline
 355 pd_entry_t *
 356 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 357 {
 358         pdp_entry_t *pdpe;
 359
 360         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
 361         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
 362                  return NULL;
 363         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
 364 }
 365
 366 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
 367 static __inline
 368 pt_entry_t *
 369 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
 370 {
 371         pt_entry_t *pte;
 372
 373         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
 374         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
 375 }
 376
 377 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
 378 static __inline
 379 pt_entry_t *
 380 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 381 {
 382         pd_entry_t *pde;
 383
 384         pde = pmap_pde(pmap, va);
 385         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
 386                 return NULL;
 387         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
 388                 return ((pt_entry_t *)pde);
 389         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
 390 }
 391
 392 static __inline
 393 pt_entry_t *
 394 vtopte(vm_offset_t va)
 395 {
 396         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 397
 398         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
 399 }
 400
 401 static __inline
 402 pd_entry_t *
 403 vtopde(vm_offset_t va)
 404 {
 405         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 406
 407         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
 408 }
 409
 410 static uint64_t
 411 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
 412 {
 413         uint64_t ret;
 414
 415         ret = *firstaddr;
 416         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
 417         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
 418         return (ret);
 419 }
 420
 421 static
 422 void
 423 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
 424 {
 425         int i;
 426
 427         /* we are running (mostly) V=P at this point */
 428
 429         /* Allocate pages */
 430         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
 431         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
 432         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
 433         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
 434
 435         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
 436         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
 437                 ndmpdp = 4;
 438         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
 439         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
 440                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
 441         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
 442
 443         /* Fill in the underlying page table pages */
 444         /* Read-only from zero to physfree */
 445         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
 446         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
 447                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
 448                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
 449         }
 450
 451         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
 452         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
 453                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
 454                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
 455         }
 456
 457         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
 458         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
 459         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
 460                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
 461                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
 462         }
 463
 464         /* And connect up the PD to the PDP */
 465         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
 466                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys +
 467                     (i << PAGE_SHIFT);
 468                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 469         }
 470
 471         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
 472         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
 473         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
 474                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
 475                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
 476                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
 477                             PG_G | PG_M | PG_A;
 478                 }
 479                 /* And the direct map space's PDP */
 480                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 481                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
 482                             (i << PAGE_SHIFT);
 483                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 484                 }
 485         } else {
 486                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 487                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
 488                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
 489                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
 490                             PG_G | PG_M | PG_A;
 491                 }
 492         }
 493
 494         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
 495         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
 496         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 497
 498         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
 499         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
 500         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 501
 502         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
 503         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
 504         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
 505 }
 506
 507 void
 508 init_paging(vm_paddr_t *firstaddr)
 509 {
 510         create_pagetables(firstaddr);
 511 }
 512
 513 /*
 514  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
 515  *
 516  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
 517  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
 518  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
 519  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
 520  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
 521  *      (physical) address starting relative to 0]
 522  */
 523 void
 524 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
 525 {
 526         vm_offset_t va;
 527         pt_entry_t *pte;
 528         struct mdglobaldata *gd;
 529         int pg;
 530
 531         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 532         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 533         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
 534
 535         avail_start = *firstaddr;
 536
 537         /*
 538          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
 539          */
 540         create_pagetables(firstaddr);
 541
 542         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
 543         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
 544
 545         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 546
 547         /* XXX do %cr0 as well */
 548         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
 549         load_cr3(KPML4phys);
 550
 551         /*
 552          * Initialize protection array.
 553          */
 554         i386_protection_init();
 555
 556         /*
 557          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
 558          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
 559          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
 560          */
 561         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
 562         kernel_pmap.pm_count = 1;
 563         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1;  /* don't allow deactivation */
 564         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
 565         nkpt = NKPT;
 566
 567         /*
 568          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
 569          * mapping of pages.
 570          */
 571 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
 572         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
 573
 574         va = virtual_start;
 575 #ifdef JG
 576         pte = (pt_entry_t *) pmap_pte(&kernel_pmap, va);
 577 #else
 578         pte = vtopte(va);
 579 #endif
 580
 581         /*
 582          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
 583          */
 584         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
 585
 586         /*
 587          * Crashdump maps.
 588          */
 589         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
 590
 591         /*
 592          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
 593          * /dev/mem.
 594          */
 595         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
 596
 597         /*
 598          * msgbufp is used to map the system message buffer.
 599          * XXX msgbufmap is not used.
 600          */
 601         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
 602                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
 603
 604         virtual_start = va;
 605
 606         *CMAP1 = 0;
 607
 608         /*
 609          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
 610          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
 611          * works under UP because self-referential page table mappings
 612          */
 613 #ifdef SMP
 614         pgeflag = 0;
 615 #else
 616         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
 617                 pgeflag = PG_G;
 618 #endif
 619
 620 /*
 621  * Initialize the 4MB page size flag
 622  */
 623         pseflag = 0;
 624 /*
 625  * The 4MB page version of the initial
 626  * kernel page mapping.
 627  */
 628         pdir4mb = 0;
 629
 630 #if !defined(DISABLE_PSE)
 631         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
 632                 pt_entry_t ptditmp;
 633                 /*
 634                  * Note that we have enabled PSE mode
 635                  */
 636                 pseflag = PG_PS;
 637                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
 638                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
 639                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
 640                 pdir4mb = ptditmp;
 641
 642 #ifndef SMP
 643                 /*
 644                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
 645                  * now because the APs will not be able to use it when
 646                  * they boot up.
 647                  */
 648                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
 649
 650                 /*
 651                  * We can do the mapping here for the single processor
 652                  * case.  We simply ignore the old page table page from
 653                  * now on.
 654                  */
 655                 /*
 656                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
 657                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
 658                  */
 659                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
 660                 cpu_invltlb();
 661 #endif
 662         }
 663 #endif
 664 #ifdef SMP
 665         if (cpu_apic_address == 0)
 666                 panic("pmap_bootstrap: no local apic!");
 667 #endif
 668
 669         /*
 670          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
 671          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
 672          * portion.
 673          */
 674         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
 675         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
 676         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
 677         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
 678         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
 679         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
 680         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
 681         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
 682         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
 683         gd->gd_PADDR1 = (pt_entry_t *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
 684
 685         cpu_invltlb();
 686 }
 687
 688 #ifdef SMP
 689 /*
 690  * Set 4mb pdir for mp startup
 691  */
 692 void
 693 pmap_set_opt(void)
 694 {
 695         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
 696                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
 697                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
 698                         cpu_invltlb();
 699                 }
 700         }
 701 }
 702 #endif
 703
 704 /*
 705  *      Initialize the pmap module.
 706  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
 707  *      system needs to map virtual memory.
 708  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
 709  *      way, discontiguous physical memory.
 710  */
 711 void
 712 pmap_init(void)
 713 {
 714         int i;
 715         int initial_pvs;
 716
 717         /*
 718          * object for kernel page table pages
 719          */
 720         /* JG I think the number can be arbitrary */
 721         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, 5);
 722
 723         /*
 724          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
 725          * pv_head_table.
 726          */
 727
 728         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
 729                 vm_page_t m;
 730
 731                 m = &vm_page_array[i];
 732                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
 733                 m->md.pv_list_count = 0;
 734         }
 735
 736         /*
 737          * init the pv free list
 738          */
 739         initial_pvs = vm_page_array_size;
 740         if (initial_pvs < MINPV)
 741                 initial_pvs = MINPV;
 742         pvzone = &pvzone_store;
 743         pvinit = (struct pv_entry *) kmem_alloc(&kernel_map,
 744                 initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
 745         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry), pvinit,
 746                 initial_pvs);
 747
 748         /*
 749          * Now it is safe to enable pv_table recording.
 750          */
 751         pmap_initialized = TRUE;
 752 #ifdef SMP
 753         lapic = pmap_mapdev_uncacheable(cpu_apic_address, sizeof(struct LAPIC));
 754 #endif
 755 }
 756
 757 /*
 758  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
 759  * high water mark so that the system can recover from excessive
 760  * numbers of pv entries.
 761  */
 762 void
 763 pmap_init2(void)
 764 {
 765         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
 766
 767         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
 768         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
 769         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
 770         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
 771         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, pv_entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
 772 }
 773
 774
 775 /***************************************************
 776  * Low level helper routines.....
 777  ***************************************************/
 778
 779 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
 780
 781 /*
 782  * This code checks for non-writeable/modified pages.
 783  * This should be an invalid condition.
 784  */
 785 static
 786 int
 787 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
 788 {
 789         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
 790                 return 1;
 791         else
 792                 return 0;
 793 }
 794 #endif
 795
 796
 797 /*
 798  * this routine defines the region(s) of memory that should
 799  * not be tested for the modified bit.
 800  */
 801 static __inline
 802 int
 803 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
 804 {
 805         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva))
 806                 return 1;
 807         else
 808                 return 0;
 809 }
 810
 811 /*
 812  * pmap_extract:
 813  *
 814  *      Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
 815  *
 816  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
 817  *      not kernel_pmap.
 818  */
 819 vm_paddr_t
 820 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 821 {
 822         vm_paddr_t rtval;
 823         pt_entry_t *pte;
 824         pd_entry_t pde, *pdep;
 825
 826         rtval = 0;
 827         pdep = pmap_pde(pmap, va);
 828         if (pdep != NULL) {
 829                 pde = *pdep;
 830                 if (pde) {
 831                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
 832                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
 833                         } else {
 834                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
 835                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
 836                         }
 837                 }
 838         }
 839         return rtval;
 840 }
 841
 842 /*
 843  *      Routine:        pmap_kextract
 844  *      Function:
 845  *              Extract the physical page address associated
 846  *              kernel virtual address.
 847  */
 848 vm_paddr_t
 849 pmap_kextract(vm_offset_t va)
 850 {
 851         pd_entry_t pde;
 852         vm_paddr_t pa;
 853
 854         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
 855                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
 856         } else {
 857                 pde = *vtopde(va);
 858                 if (pde & PG_PS) {
 859                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
 860                 } else {
 861                         /*
 862                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
 863                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
 864                          * be used to access the PTE because it would use the
 865                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
 866                          * because the page table page is preserved by the
 867                          * promotion.
 868                          */
 869                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
 870                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
 871                 }
 872         }
 873         return pa;
 874 }
 875
 876 /***************************************************
 877  * Low level mapping routines.....
 878  ***************************************************/
 879
 880 /*
 881  * Routine: pmap_kenter
 882  * Function:
 883  *      Add a wired page to the KVA
 884  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
 885  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
 886  */
 887 void
 888 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
 889 {
 890         pt_entry_t *pte;
 891         pt_entry_t npte;
 892         pmap_inval_info info;
 893
 894         pmap_inval_init(&info);
 895         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
 896         pte = vtopte(va);
 897         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
 898         *pte = npte;
 899         pmap_inval_flush(&info);
 900 }
 901
 902 /*
 903  * Routine: pmap_kenter_quick
 904  * Function:
 905  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
 906  *      mapping on the current CPU.
 907  */
 908 void
 909 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
 910 {
 911         pt_entry_t *pte;
 912         pt_entry_t npte;
 913
 914         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
 915         pte = vtopte(va);
 916         *pte = npte;
 917         cpu_invlpg((void *)va);
 918 }
 919
 920 void
 921 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
 922 {
 923         pmap_inval_info info;
 924
 925         pmap_inval_init(&info);
 926         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
 927         pmap_inval_flush(&info);
 928 }
 929
 930 void
 931 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
 932 {
 933         cpu_invlpg((void *)va);
 934 }
 935
 936 /*
 937  * remove a page from the kernel pagetables
 938  */
 939 void
 940 pmap_kremove(vm_offset_t va)
 941 {
 942         pt_entry_t *pte;
 943         pmap_inval_info info;
 944
 945         pmap_inval_init(&info);
 946         pte = vtopte(va);
 947         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
 948         *pte = 0;
 949         pmap_inval_flush(&info);
 950 }
 951
 952 void
 953 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
 954 {
 955         pt_entry_t *pte;
 956         pte = vtopte(va);
 957         *pte = 0;
 958         cpu_invlpg((void *)va);
 959 }
 960
 961 /*
 962  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
 963  */
 964 void
 965 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
 966 {
 967         *vtopte(va) |= PG_RW;
 968         cpu_invlpg((void *)va);
 969 }
 970
 971 void
 972 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
 973 {
 974         *vtopte(va) |= PG_N;
 975         cpu_invlpg((void *)va);
 976 }
 977
 978 /*
 979  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
 980  *      virtual address space.
 981  *
 982  *      For now, VM is already on, we only need to map the
 983  *      specified memory.
 984  */
 985 vm_offset_t
 986 pmap_map(vm_offset_t virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
 987 {
 988         return PHYS_TO_DMAP(start);
 989 }
 990
 991
 992 /*
 993  * Add a list of wired pages to the kva
 994  * this routine is only used for temporary
 995  * kernel mappings that do not need to have
 996  * page modification or references recorded.
 997  * Note that old mappings are simply written
 998  * over.  The page *must* be wired.
 999  */
1000 void
1001 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1002 {
1003         vm_offset_t end_va;
1004
1005         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1006
1007         while (va < end_va) {
1008                 pt_entry_t *pte;
1009
1010                 pte = vtopte(va);
1011                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1012                 cpu_invlpg((void *)va);
1013                 va += PAGE_SIZE;
1014                 m++;
1015         }
1016 #ifdef SMP
1017         smp_invltlb();  /* XXX */
1018 #endif
1019 }
1020
1021 void
1022 pmap_qenter2(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count, cpumask_t *mask)
1023 {
1024         vm_offset_t end_va;
1025         cpumask_t cmask = mycpu->gd_cpumask;
1026
1027         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1028
1029         while (va < end_va) {
1030                 pt_entry_t *pte;
1031                 pt_entry_t pteval;
1032
1033                 /*
1034                  * Install the new PTE.  If the pte changed from the prior
1035                  * mapping we must reset the cpu mask and invalidate the page.
1036                  * If the pte is the same but we have not seen it on the
1037                  * current cpu, invlpg the existing mapping.  Otherwise the
1038                  * entry is optimal and no invalidation is required.
1039                  */
1040                 pte = vtopte(va);
1041                 pteval = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1042                 if (*pte != pteval) {
1043                         *mask = 0;
1044                         *pte = pteval;
1045                         cpu_invlpg((void *)va);
1046                 } else if ((*mask & cmask) == 0) {
1047                         cpu_invlpg((void *)va);
1048                 }
1049                 va += PAGE_SIZE;
1050                 m++;
1051         }
1052         *mask |= cmask;
1053 }
1054
1055 /*
1056  * This routine jerks page mappings from the
1057  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1058  *
1059  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1060  */
1061 void
1062 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1063 {
1064         vm_offset_t end_va;
1065
1066         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1067
1068         while (va < end_va) {
1069                 pt_entry_t *pte;
1070
1071                 pte = vtopte(va);
1072                 *pte = 0;
1073                 cpu_invlpg((void *)va);
1074                 va += PAGE_SIZE;
1075         }
1076 #ifdef SMP
1077         smp_invltlb();
1078 #endif
1079 }
1080
1081 /*
1082  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
1083  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
1084  *
1085  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
1086  * the call should be made with a critical section held so the page's object
1087  * association remains valid on return.
1088  */
1089 static
1090 vm_page_t
1091 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1092 {
1093         vm_page_t m;
1094
1095         do {
1096                 m = vm_page_lookup(object, pindex);
1097         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"));
1098
1099         return(m);
1100 }
1101
1102 /*
1103  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1104  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1105  */
1106 void
1107 pmap_init_thread(thread_t td)
1108 {
1109         /* enforce pcb placement */
1110         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1111         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1112         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16; /* JG is -16 needed on x86_64? */
1113 }
1114
1115 /*
1116  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1117  */
1118 void
1119 pmap_init_proc(struct proc *p)
1120 {
1121 }
1122
1123 /*
1124  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1125  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1126  */
1127 void
1128 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1129 {
1130         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1131 }
1132
1133 /***************************************************
1134  * Page table page management routines.....
1135  ***************************************************/
1136
1137 /*
1138  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1139  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1140  */
1141 static __inline
1142 int
1143 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1144                      pmap_inval_info_t info)
1145 {
1146         KKASSERT(m->hold_count > 0);
1147         if (m->hold_count > 1) {
1148                 vm_page_unhold(m);
1149                 return 0;
1150         } else {
1151                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, info);
1152         }
1153 }
1154
1155 static
1156 int
1157 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1158                       pmap_inval_info_t info)
1159 {
1160         /*
1161          * Wait until we can busy the page ourselves.  We cannot have
1162          * any active flushes if we block.  We own one hold count on the
1163          * page so it cannot be freed out from under us.
1164          */
1165         if (m->flags & PG_BUSY) {
1166                 pmap_inval_flush(info);
1167                 while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
1168                         ;
1169         }
1170         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1171                 ("_pmap_unwire_pte_hold: %p->queue != PQ_NONE", m));
1172
1173         /*
1174          * This case can occur if new references were acquired while
1175          * we were blocked.
1176          */
1177         if (m->hold_count > 1) {
1178                 KKASSERT(m->hold_count > 1);
1179                 vm_page_unhold(m);
1180                 return 0;
1181         }
1182
1183         /*
1184          * Unmap the page table page
1185          */
1186         KKASSERT(m->hold_count == 1);
1187         vm_page_busy(m);
1188         pmap_inval_add(info, pmap, -1);
1189
1190         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1191                 /* PDP page */
1192                 pml4_entry_t *pml4;
1193                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1194                 *pml4 = 0;
1195         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1196                 /* PD page */
1197                 pdp_entry_t *pdp;
1198                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1199                 *pdp = 0;
1200         } else {
1201                 /* PT page */
1202                 pd_entry_t *pd;
1203                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1204                 *pd = 0;
1205         }
1206
1207         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1208         --pmap->pm_stats.resident_count;
1209
1210         if (pmap->pm_ptphint == m)
1211                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1212
1213         if (m->pindex < NUPDE) {
1214                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1215                 vm_page_t pdpg;
1216
1217                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1218                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, info);
1219         }
1220         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1221                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1222                 vm_page_t pdppg;
1223
1224                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1225                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, info);
1226         }
1227
1228         /*
1229          * This was our last hold, the page had better be unwired
1230          * after we decrement wire_count.
1231          *
1232          * FUTURE NOTE: shared page directory page could result in
1233          * multiple wire counts.
1234          */
1235         vm_page_unhold(m);
1236         --m->wire_count;
1237         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1238         --vmstats.v_wire_count;
1239         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1240         vm_page_flash(m);
1241         vm_page_free_zero(m);
1242
1243         return 1;
1244 }
1245
1246 /*
1247  * After removing a page table entry, this routine is used to
1248  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1249  */
1250 static
1251 int
1252 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1253                 pmap_inval_info_t info)
1254 {
1255         vm_pindex_t ptepindex;
1256
1257         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS)
1258                 return 0;
1259
1260         if (mpte == NULL) {
1261                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1262 #if JGHINT
1263                 if (pmap->pm_ptphint &&
1264                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1265                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1266                 } else {
1267 #endif
1268                         pmap_inval_flush(info);
1269                         mpte = pmap_page_lookup(pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1270                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1271 #if JGHINT
1272                 }
1273 #endif
1274         }
1275         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, info);
1276 }
1277
1278 /*
1279  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1280  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1281  *
1282  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1283  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1284  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1285  */
1286 void
1287 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1288 {
1289         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1290         pmap->pm_count = 1;
1291         pmap->pm_active = 0;
1292         pmap->pm_ptphint = NULL;
1293         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1294         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1295 }
1296
1297 /*
1298  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1299  * such as one in a vmspace structure.
1300  */
1301 void
1302 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1303 {
1304         vm_page_t ptdpg;
1305
1306         /*
1307          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1308          * page directory table.
1309          */
1310         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1311                 pmap->pm_pml4 =
1312                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1313         }
1314
1315         /*
1316          * Allocate an object for the ptes
1317          */
1318         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1319                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I + 1);
1320
1321         /*
1322          * Allocate the page directory page, unless we already have
1323          * one cached.  If we used the cached page the wire_count will
1324          * already be set appropriately.
1325          */
1326         if ((ptdpg = pmap->pm_pdirm) == NULL) {
1327                 ptdpg = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I,
1328                                      VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1329                 pmap->pm_pdirm = ptdpg;
1330                 vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY);
1331                 ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1332                 if (ptdpg->wire_count == 0)
1333                         ++vmstats.v_wire_count;
1334                 ptdpg->wire_count = 1;
1335                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1336         }
1337         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1338                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1339
1340         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1341         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1342
1343         /* install self-referential address mapping entry */
1344         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1345
1346         pmap->pm_count = 1;
1347         pmap->pm_active = 0;
1348         pmap->pm_ptphint = NULL;
1349         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1350         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1351         pmap->pm_stats.resident_count = 1;
1352 }
1353
1354 /*
1355  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1356  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1357  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1358  * of cleanup work to do here.
1359  */
1360 void
1361 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1362 {
1363         vm_page_t p;
1364
1365         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1366         if ((p = pmap->pm_pdirm) != NULL) {
1367                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != NULL);
1368                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1369                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1370                 p->wire_count--;
1371                 vmstats.v_wire_count--;
1372                 KKASSERT((p->flags & PG_BUSY) == 0);
1373                 vm_page_busy(p);
1374                 vm_page_free_zero(p);
1375                 pmap->pm_pdirm = NULL;
1376         }
1377         if (pmap->pm_pml4) {
1378                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1379                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1380                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1381         }
1382         if (pmap->pm_pteobj) {
1383                 vm_object_deallocate(pmap->pm_pteobj);
1384                 pmap->pm_pteobj = NULL;
1385         }
1386 }
1387
1388 /*
1389  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1390  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1391  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1392  * then copies the template.
1393  */
1394 void
1395 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1396 {
1397         crit_enter();
1398         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1399         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1400         crit_exit();
1401 }
1402
1403 /*
1404  * Attempt to release and free a vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1405  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1406  *
1407  * When asked to remove the page directory page itself, we actually just
1408  * leave it cached so we do not have to incur the SMP inval overhead of
1409  * removing the kernel mapping.  pmap_puninit() will take care of it.
1410  */
1411 static
1412 int
1413 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1414 {
1415         /*
1416          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1417          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1418          * might as well be placed directly into the zero queue.
1419          */
1420         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1421                 return 0;
1422
1423         vm_page_busy(p);
1424
1425         /*
1426          * Remove the page table page from the processes address space.
1427          */
1428         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1429                 /*
1430                  * We are the pml4 table itself.
1431                  */
1432                 /* XXX anything to do here? */
1433         } else if (p->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1434                 /*
1435                  * Remove a PDP page from the PML4.  We do not maintain
1436                  * hold counts on the PML4 page.
1437                  */
1438                 pml4_entry_t *pml4;
1439                 vm_page_t m4;
1440                 int idx;
1441
1442                 m4 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I);
1443                 KKASSERT(m4 != NULL);
1444                 pml4 = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m4));
1445                 idx = (p->pindex - (NUPDE + NUPDPE)) % NPML4EPG;
1446                 KKASSERT(pml4[idx] != 0);
1447                 pml4[idx] = 0;
1448         } else if (p->pindex >= NUPDE) {
1449                 /*
1450                  * Remove a PD page from the PDP and drop the hold count
1451                  * on the PDP.  The PDP is left cached in the pmap if
1452                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1453                  * intact.
1454                  */
1455                 vm_page_t m3;
1456                 pdp_entry_t *pdp;
1457                 int idx;
1458
1459                 m3 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1460                                 NUPDE + NUPDPE + (p->pindex - NUPDE) / NPDPEPG);
1461                 KKASSERT(m3 != NULL);
1462                 pdp = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m3));
1463                 idx = (p->pindex - NUPDE) % NPDPEPG;
1464                 KKASSERT(pdp[idx] != 0);
1465                 pdp[idx] = 0;
1466                 m3->hold_count--;
1467         } else {
1468                 /*
1469                  * Remove a PT page from the PD and drop the hold count
1470                  * on the PD.  The PD is left cached in the pmap if
1471                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1472                  * intact.
1473                  */
1474                 vm_page_t m2;
1475                 pd_entry_t *pd;
1476                 int idx;
1477
1478                 m2 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1479                                     NUPDE + p->pindex / NPDEPG);
1480                 KKASSERT(m2 != NULL);
1481                 pd = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m2));
1482                 idx = p->pindex % NPDEPG;
1483                 pd[idx] = 0;
1484                 m2->hold_count--;
1485         }
1486
1487         /*
1488          * One fewer mappings in the pmap.  p's hold count had better
1489          * be zero.
1490          */
1491         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1492         --pmap->pm_stats.resident_count;
1493         if (p->hold_count)
1494                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1495         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1496                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1497
1498         /*
1499          * We leave the top-level page table page cached, wired, and mapped in
1500          * the pmap until the dtor function (pmap_puninit()) gets called.
1501          * However, still clean it up so we can set PG_ZERO.
1502          */
1503         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1504                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1505                 vm_page_flag_set(p, PG_ZERO);
1506                 vm_page_wakeup(p);
1507         } else {
1508                 p->wire_count--;
1509                 KKASSERT(p->wire_count == 0);
1510                 vmstats.v_wire_count--;
1511                 /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1512                 vm_page_free(p);
1513         }
1514         return 1;
1515 }
1516
1517 /*
1518  * This routine is called when various levels in the page table need to
1519  * be populated.  This routine cannot fail.
1520  */
1521 static
1522 vm_page_t
1523 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex)
1524 {
1525         vm_page_t m;
1526
1527         /*
1528          * Find or fabricate a new pagetable page.  This will busy the page.
1529          */
1530         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1531                          VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1532         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1533                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1534         }
1535
1536         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1537                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1538
1539         /*
1540          * Increment the hold count for the page we will be returning to
1541          * the caller.
1542          */
1543         m->hold_count++;
1544         if (m->wire_count++ == 0)
1545                 vmstats.v_wire_count++;
1546
1547         /*
1548          * Map the pagetable page into the process address space, if
1549          * it isn't already there.
1550          *
1551          * It is possible that someone else got in and mapped the page
1552          * directory page while we were blocked, if so just unbusy and
1553          * return the held page.
1554          */
1555         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1556                 /*
1557                  * Wire up a new PDP page in the PML4
1558                  */
1559                 vm_pindex_t pml4index;
1560                 pml4_entry_t *pml4;
1561
1562                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1563                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1564                 if (*pml4 & PG_V) {
1565                         if (--m->wire_count == 0)
1566                                 --vmstats.v_wire_count;
1567                         vm_page_wakeup(m);
1568                         return(m);
1569                 }
1570                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1571         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1572                 /*
1573                  * Wire up a new PD page in the PDP
1574                  */
1575                 vm_pindex_t pml4index;
1576                 vm_pindex_t pdpindex;
1577                 vm_page_t pdppg;
1578                 pml4_entry_t *pml4;
1579                 pdp_entry_t *pdp;
1580
1581                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1582                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1583
1584                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1585                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1586                         /*
1587                          * Have to allocate a new PDP page, recurse.
1588                          * This always succeeds.  Returned page will
1589                          * be held.
1590                          */
1591                         pdppg = _pmap_allocpte(pmap,
1592                                                NUPDE + NUPDPE + pml4index);
1593                 } else {
1594                         /*
1595                          * Add a held reference to the PDP page.
1596                          */
1597                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1598                         pdppg->hold_count++;
1599                 }
1600
1601                 /*
1602                  * Now find the pdp_entry and map the PDP.  If the PDP
1603                  * has already been mapped unwind and return the
1604                  * already-mapped PDP held.
1605                  *
1606                  * pdppg is left held (hold_count is incremented for
1607                  * each PD in the PDP).
1608                  */
1609                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1610                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1611                 if (*pdp & PG_V) {
1612                         vm_page_unhold(pdppg);
1613                         if (--m->wire_count == 0)
1614                                 --vmstats.v_wire_count;
1615                         vm_page_wakeup(m);
1616                         return(m);
1617                 }
1618                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1619         } else {
1620                 /*
1621                  * Wire up the new PT page in the PD
1622                  */
1623                 vm_pindex_t pml4index;
1624                 vm_pindex_t pdpindex;
1625                 pml4_entry_t *pml4;
1626                 pdp_entry_t *pdp;
1627                 pd_entry_t *pd;
1628                 vm_page_t pdpg;
1629
1630                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1631                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1632
1633                 /*
1634                  * Locate the PDP page in the PML4, then the PD page in
1635                  * the PDP.  If either does not exist we simply recurse
1636                  * to allocate them.
1637                  *
1638                  * We can just recurse on the PD page as it will recurse
1639                  * on the PDP if necessary.
1640                  */
1641                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1642                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1643                         pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1644                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1645                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1646                 } else {
1647                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1648                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1649                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1650                                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1651                         } else {
1652                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1653                                 pdpg->hold_count++;
1654                         }
1655                 }
1656
1657                 /*
1658                  * Now fill in the pte in the PD.  If the pte already exists
1659                  * (again, if we raced the grab), unhold pdpg and unwire
1660                  * m, returning a held m.
1661                  *
1662                  * pdpg is left held (hold_count is incremented for
1663                  * each PT in the PD).
1664                  */
1665                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1666                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1667                 if (*pd != 0) {
1668                         vm_page_unhold(pdpg);
1669                         if (--m->wire_count == 0)
1670                                 --vmstats.v_wire_count;
1671                         vm_page_wakeup(m);
1672                         return(m);
1673                 }
1674                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1675         }
1676
1677         /*
1678          * We successfully loaded a PDP, PD, or PTE.  Set the page table hint,
1679          * valid bits, mapped flag, unbusy, and we're done.
1680          */
1681         pmap->pm_ptphint = m;
1682         ++pmap->pm_stats.resident_count;
1683
1684         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1685         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1686         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1687         vm_page_wakeup(m);
1688
1689         return (m);
1690 }
1691
1692 static
1693 vm_page_t
1694 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1695 {
1696         vm_pindex_t ptepindex;
1697         pd_entry_t *pd;
1698         vm_page_t m;
1699
1700         /*
1701          * Calculate pagetable page index
1702          */
1703         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1704
1705         /*
1706          * Get the page directory entry
1707          */
1708         pd = pmap_pde(pmap, va);
1709
1710         /*
1711          * This supports switching from a 2MB page to a
1712          * normal 4K page.
1713          */
1714         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1715                 panic("no promotion/demotion yet");
1716                 *pd = 0;
1717                 pd = NULL;
1718                 cpu_invltlb();
1719                 smp_invltlb();
1720         }
1721
1722         /*
1723          * If the page table page is mapped, we just increment the
1724          * hold count, and activate it.
1725          */
1726         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1727                 /* YYY hint is used here on i386 */
1728                 m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1729                 pmap->pm_ptphint = m;
1730                 m->hold_count++;
1731                 return m;
1732         }
1733         /*
1734          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1735          */
1736         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1737 }
1738
1739
1740 /***************************************************
1741  * Pmap allocation/deallocation routines.
1742  ***************************************************/
1743
1744 /*
1745  * Release any resources held by the given physical map.
1746  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1747  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1748  */
1749 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1750
1751 void
1752 pmap_release(struct pmap *pmap)
1753 {
1754         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1755         struct rb_vm_page_scan_info info;
1756
1757         KASSERT(pmap->pm_active == 0, ("pmap still active! %08x", pmap->pm_active));
1758 #if defined(DIAGNOSTIC)
1759         if (object->ref_count != 1)
1760                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1761 #endif
1762
1763         info.pmap = pmap;
1764         info.object = object;
1765         crit_enter();
1766         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1767         crit_exit();
1768
1769         do {
1770                 crit_enter();
1771                 info.error = 0;
1772                 info.mpte = NULL;
1773                 info.limit = object->generation;
1774
1775                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL,
1776                                         pmap_release_callback, &info);
1777                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1778                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1779                                 info.error = 1;
1780                 }
1781                 crit_exit();
1782         } while (info.error);
1783 }
1784
1785 static
1786 int
1787 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1788 {
1789         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1790
1791         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1792                 info->mpte = p;
1793                 return(0);
1794         }
1795         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1796                 info->error = 1;
1797                 return(-1);
1798         }
1799         if (info->object->generation != info->limit) {
1800                 info->error = 1;
1801                 return(-1);
1802         }
1803         return(0);
1804 }
1805
1806 /*
1807  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1808  */
1809 void
1810 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1811 {
1812         vm_paddr_t paddr;
1813         vm_offset_t ptppaddr;
1814         vm_page_t nkpg;
1815         pd_entry_t *pde, newpdir;
1816         pdp_entry_t newpdp;
1817
1818         crit_enter();
1819         if (kernel_vm_end == 0) {
1820                 kernel_vm_end = KERNBASE;
1821                 nkpt = 0;
1822                 while ((*pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1823                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1824                         nkpt++;
1825                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1826                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1827                                 break;
1828                         }
1829                 }
1830         }
1831         addr = roundup2(addr, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1832         if (addr - 1 >= kernel_map.max_offset)
1833                 addr = kernel_map.max_offset;
1834         while (kernel_vm_end < addr) {
1835                 pde = pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end);
1836                 if (pde == NULL) {
1837                         /* We need a new PDP entry */
1838                         nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1839                                              VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM
1840                                              | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1841                         if (nkpg == NULL)
1842                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1843                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1844                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1845                                 pmap_zero_page(paddr);
1846                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1847                         newpdp = (pdp_entry_t)
1848                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1849                         *pmap_pdpe(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdp;
1850                         nkpt++;
1851                         continue; /* try again */
1852                 }
1853                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1854                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1855                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1856                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1857                                 break;
1858                         }
1859                         continue;
1860                 }
1861
1862                 /*
1863                  * This index is bogus, but out of the way
1864                  */
1865                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1866                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1867                 if (nkpg == NULL)
1868                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1869
1870                 vm_page_wire(nkpg);
1871                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1872                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1873                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1874                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1875                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1876                 nkpt++;
1877
1878                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1879                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1880                         kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1881                         break;
1882                 }
1883         }
1884         crit_exit();
1885 }
1886
1887 /*
1888  *      Retire the given physical map from service.
1889  *      Should only be called if the map contains
1890  *      no valid mappings.
1891  */
1892 void
1893 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1894 {
1895         int count;
1896
1897         if (pmap == NULL)
1898                 return;
1899
1900         count = --pmap->pm_count;
1901         if (count == 0) {
1902                 pmap_release(pmap);
1903                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1904         }
1905 }
1906
1907 /*
1908  *      Add a reference to the specified pmap.
1909  */
1910 void
1911 pmap_reference(pmap_t pmap)
1912 {
1913         if (pmap != NULL) {
1914                 pmap->pm_count++;
1915         }
1916 }
1917
1918 /***************************************************
1919 * page management routines.
1920  ***************************************************/
1921
1922 /*
1923  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
1924  * called from an interrupt.
1925  */
1926 static __inline
1927 void
1928 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1929 {
1930         pv_entry_count--;
1931         KKASSERT(pv_entry_count >= 0);
1932         zfree(pvzone, pv);
1933 }
1934
1935 /*
1936  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1937  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
1938  */
1939 static
1940 pv_entry_t
1941 get_pv_entry(void)
1942 {
1943         pv_entry_count++;
1944         if (pv_entry_high_water &&
1945                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
1946                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
1947                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
1948                 wakeup(&vm_pages_needed);
1949         }
1950         return zalloc(pvzone);
1951 }
1952
1953 /*
1954  * This routine is very drastic, but can save the system
1955  * in a pinch.
1956  */
1957 void
1958 pmap_collect(void)
1959 {
1960         int i;
1961         vm_page_t m;
1962         static int warningdone=0;
1963
1964         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
1965                 return;
1966
1967         if (warningdone < 5) {
1968                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
1969                 warningdone++;
1970         }
1971
1972         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1973                 m = &vm_page_array[i];
1974                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
1975                     (m->flags & PG_BUSY))
1976                         continue;
1977                 pmap_remove_all(m);
1978         }
1979         pmap_pagedaemon_waken = 0;
1980 }
1981
1982
1983 /*
1984  * If it is the first entry on the list, it is actually
1985  * in the header and we must copy the following entry up
1986  * to the header.  Otherwise we must search the list for
1987  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
1988  */
1989 static
1990 int
1991 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
1992                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1993 {
1994         pv_entry_t pv;
1995         int rtval;
1996
1997         crit_enter();
1998         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
1999                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2000                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va)
2001                                 break;
2002                 }
2003         } else {
2004                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
2005                         if (va == pv->pv_va)
2006                                 break;
2007                 }
2008         }
2009
2010         rtval = 0;
2011         /* JGXXX When can 'pv' be NULL? */
2012         if (pv) {
2013                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2014                 m->md.pv_list_count--;
2015                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2016                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2017                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2018                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2019                 ++pmap->pm_generation;
2020                 rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
2021                 free_pv_entry(pv);
2022         }
2023         crit_exit();
2024         return rtval;
2025 }
2026
2027 /*
2028  * Create a pv entry for page at pa for
2029  * (pmap, va).
2030  */
2031 static
2032 void
2033 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
2034 {
2035         pv_entry_t pv;
2036
2037         crit_enter();
2038         pv = get_pv_entry();
2039         pv->pv_va = va;
2040         pv->pv_pmap = pmap;
2041         pv->pv_ptem = mpte;
2042
2043         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2044         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2045         m->md.pv_list_count++;
2046
2047         crit_exit();
2048 }
2049
2050 /*
2051  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2052  */
2053 static
2054 int
2055 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2056         pmap_inval_info_t info)
2057 {
2058         pt_entry_t oldpte;
2059         vm_page_t m;
2060
2061         pmap_inval_add(info, pmap, va);
2062         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2063         if (oldpte & PG_W)
2064                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2065         /*
2066          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2067          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
2068          * the SMP case.
2069          */
2070         if (oldpte & PG_G)
2071                 cpu_invlpg((void *)va);
2072         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2073         --pmap->pm_stats.resident_count;
2074         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2075                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
2076                 if (oldpte & PG_M) {
2077 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2078                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
2079                                 kprintf(
2080         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2081                                     va, oldpte);
2082                         }
2083 #endif
2084                         if (pmap_track_modified(va))
2085                                 vm_page_dirty(m);
2086                 }
2087                 if (oldpte & PG_A)
2088                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2089                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
2090         } else {
2091                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
2092         }
2093
2094         return 0;
2095 }
2096
2097 /*
2098  * pmap_remove_page:
2099  *
2100  *      Remove a single page from a process address space.
2101  *
2102  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2103  *      not kernel_pmap.
2104  */
2105 static
2106 void
2107 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2108 {
2109         pt_entry_t *pte;
2110
2111         pte = pmap_pte(pmap, va);
2112         if (pte == NULL)
2113                 return;
2114         if ((*pte & PG_V) == 0)
2115                 return;
2116         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, info);
2117 }
2118
2119 /*
2120  * pmap_remove:
2121  *
2122  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2123  *
2124  *      It is assumed that the start and end are properly
2125  *      rounded to the page size.
2126  *
2127  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2128  *      not kernel_pmap.
2129  */
2130 void
2131 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2132 {
2133         vm_offset_t va_next;
2134         pml4_entry_t *pml4e;
2135         pdp_entry_t *pdpe;
2136         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2137         pt_entry_t *pte;
2138         struct pmap_inval_info info;
2139
2140         if (pmap == NULL)
2141                 return;
2142
2143         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2144                 return;
2145
2146         pmap_inval_init(&info);
2147
2148         /*
2149          * special handling of removing one page.  a very
2150          * common operation and easy to short circuit some
2151          * code.
2152          */
2153         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2154                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2155                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2156                         pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
2157                         pmap_inval_flush(&info);
2158                         return;
2159                 }
2160         }
2161
2162         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2163                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2164                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2165                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2166                         if (va_next < sva)
2167                                 va_next = eva;
2168                         continue;
2169                 }
2170
2171                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2172                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2173                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2174                         if (va_next < sva)
2175                                 va_next = eva;
2176                         continue;
2177                 }
2178
2179                 /*
2180                  * Calculate index for next page table.
2181                  */
2182                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2183                 if (va_next < sva)
2184                         va_next = eva;
2185
2186                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2187                 ptpaddr = *pde;
2188
2189                 /*
2190                  * Weed out invalid mappings.
2191                  */
2192                 if (ptpaddr == 0)
2193                         continue;
2194
2195                 /*
2196                  * Check for large page.
2197                  */
2198                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2199                         /* JG FreeBSD has more complex treatment here */
2200                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
2201                         *pde = 0;
2202                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2203                         continue;
2204                 }
2205
2206                 /*
2207                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2208                  * by the current page table page, or to the end of the
2209                  * range being removed.
2210                  */
2211                 if (va_next > eva)
2212                         va_next = eva;
2213
2214                 /*
2215                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
2216                  */
2217                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2218                     sva += PAGE_SIZE) {
2219                         if (*pte == 0)
2220                                 continue;
2221                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &info))
2222                                 break;
2223                 }
2224         }
2225         pmap_inval_flush(&info);
2226 }
2227
2228 /*
2229  * pmap_remove_all:
2230  *
2231  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2232  *      Reflects back modify bits to the pager.
2233  *
2234  *      This routine may not be called from an interrupt.
2235  */
2236
2237 static
2238 void
2239 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2240 {
2241         struct pmap_inval_info info;
2242         pt_entry_t *pte, tpte;
2243         pv_entry_t pv;
2244
2245         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2246                 return;
2247
2248         pmap_inval_init(&info);
2249         crit_enter();
2250         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2251                 KKASSERT(pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2252                 --pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count;
2253
2254                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2255                 pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2256                 tpte = pte_load_clear(pte);
2257
2258                 if (tpte & PG_W)
2259                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
2260
2261                 if (tpte & PG_A)
2262                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2263
2264                 /*
2265                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2266                  */
2267                 if (tpte & PG_M) {
2268 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2269                         if (pmap_nw_modified(tpte)) {
2270                                 kprintf(
2271         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2272                                     pv->pv_va, tpte);
2273                         }
2274 #endif
2275                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
2276                                 vm_page_dirty(m);
2277                 }
2278                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2279                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2280                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
2281                 m->md.pv_list_count--;
2282                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2283                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2284                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2285                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2286                 free_pv_entry(pv);
2287         }
2288         crit_exit();
2289         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2290         pmap_inval_flush(&info);
2291 }
2292
2293 /*
2294  * pmap_protect:
2295  *
2296  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2297  *      as requested.
2298  *
2299  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2300  *      not the kernel_pmap.
2301  */
2302 void
2303 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2304 {
2305         vm_offset_t va_next;
2306         pml4_entry_t *pml4e;
2307         pdp_entry_t *pdpe;
2308         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2309         pt_entry_t *pte;
2310         pmap_inval_info info;
2311
2312         /* JG review for NX */
2313
2314         if (pmap == NULL)
2315                 return;
2316
2317         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2318                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2319                 return;
2320         }
2321
2322         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2323                 return;
2324
2325         pmap_inval_init(&info);
2326
2327         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2328
2329                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2330                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2331                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2332                         if (va_next < sva)
2333                                 va_next = eva;
2334                         continue;
2335                 }
2336
2337                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2338                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2339                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2340                         if (va_next < sva)
2341                                 va_next = eva;
2342                         continue;
2343                 }
2344
2345                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2346                 if (va_next < sva)
2347                         va_next = eva;
2348
2349                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2350                 ptpaddr = *pde;
2351
2352                 /*
2353                  * Check for large page.
2354                  */
2355                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2356                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
2357                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
2358                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2359                         continue;
2360                 }
2361
2362                 /*
2363                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2364                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2365                  */
2366                 if (ptpaddr == 0)
2367                         continue;
2368
2369                 if (va_next > eva)
2370                         va_next = eva;
2371
2372                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2373                     sva += PAGE_SIZE) {
2374                         pt_entry_t obits, pbits;
2375                         vm_page_t m;
2376
2377                         /*
2378                          * XXX non-optimal.  Note also that there can be
2379                          * no pmap_inval_flush() calls until after we modify
2380                          * ptbase[sindex] (or otherwise we have to do another
2381                          * pmap_inval_add() call).
2382                          */
2383                         pmap_inval_add(&info, pmap, sva);
2384                         obits = pbits = *pte;
2385                         if ((pbits & PG_V) == 0)
2386                                 continue;
2387                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2388                                 m = NULL;
2389                                 if (pbits & PG_A) {
2390                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2391                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2392                                         pbits &= ~PG_A;
2393                                 }
2394                                 if (pbits & PG_M) {
2395                                         if (pmap_track_modified(sva)) {
2396                                                 if (m == NULL)
2397                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2398                                                 vm_page_dirty(m);
2399                                                 pbits &= ~PG_M;
2400                                         }
2401                                 }
2402                         }
2403
2404                         pbits &= ~PG_RW;
2405
2406                         if (pbits != obits) {
2407                                 *pte = pbits;
2408                         }
2409                 }
2410         }
2411         pmap_inval_flush(&info);
2412 }
2413
2414 /*
2415  *      Insert the given physical page (p) at
2416  *      the specified virtual address (v) in the
2417  *      target physical map with the protection requested.
2418  *
2419  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2420  *      that the related pte can not be reclaimed.
2421  *
2422  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2423  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2424  *      insert this page into the given map NOW.
2425  */
2426 void
2427 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2428            boolean_t wired)
2429 {
2430         vm_paddr_t pa;
2431         pd_entry_t *pde;
2432         pt_entry_t *pte;
2433         vm_paddr_t opa;
2434         pt_entry_t origpte, newpte;
2435         vm_page_t mpte;
2436         pmap_inval_info info;
2437
2438         if (pmap == NULL)
2439                 return;
2440
2441         va = trunc_page(va);
2442 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
2443         if (va >= KvaEnd)
2444                 panic("pmap_enter: toobig");
2445         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
2446                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
2447 #endif
2448         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2449                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
2450 #ifdef DDB
2451                 db_print_backtrace();
2452 #endif
2453         }
2454         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2455                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
2456 #ifdef DDB
2457                 db_print_backtrace();
2458 #endif
2459         }
2460
2461         /*
2462          * In the case that a page table page is not
2463          * resident, we are creating it here.
2464          */
2465         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2466                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
2467         else
2468                 mpte = NULL;
2469
2470         pmap_inval_init(&info);
2471         pde = pmap_pde(pmap, va);
2472         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2473                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2474                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2475                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2476         } else
2477                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2478
2479         KKASSERT(pte != NULL);
2480         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2481         origpte = *pte;
2482         opa = origpte & PG_FRAME;
2483
2484         /*
2485          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2486          */
2487         if (origpte && (opa == pa)) {
2488                 /*
2489                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2490                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2491                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2492                  * the PT page will be also.
2493                  */
2494                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2495                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2496                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2497                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2498
2499 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2500                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
2501                         kprintf(
2502         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2503                             va, origpte);
2504                 }
2505 #endif
2506
2507                 /*
2508                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
2509                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
2510                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
2511                  * bits below.
2512                  */
2513                 if (mpte)
2514                         mpte->hold_count--;
2515
2516                 /*
2517                  * We might be turning off write access to the page,
2518                  * so we go ahead and sense modify status.
2519                  */
2520                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2521                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2522                                 vm_page_t om;
2523                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2524                                 vm_page_dirty(om);
2525                         }
2526                         pa |= PG_MANAGED;
2527                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
2528                 }
2529                 goto validate;
2530         }
2531         /*
2532          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2533          * handle validating new mapping.
2534          */
2535         if (opa) {
2536                 int err;
2537                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2538                 if (err)
2539                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%lx", va);
2540         }
2541
2542         /*
2543          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2544          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2545          * called at interrupt time.
2546          */
2547         if (pmap_initialized &&
2548             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2549                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2550                 pa |= PG_MANAGED;
2551                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2552         }
2553
2554         /*
2555          * Increment counters
2556          */
2557         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2558         if (wired)
2559                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2560
2561 validate:
2562         /*
2563          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2564          */
2565         newpte = (pt_entry_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2566
2567         if (wired)
2568                 newpte |= PG_W;
2569         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2570                 newpte |= PG_U;
2571         if (pmap == &kernel_pmap)
2572                 newpte |= pgeflag;
2573
2574         /*
2575          * if the mapping or permission bits are different, we need
2576          * to update the pte.
2577          */
2578         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2579                 pmap_inval_add(&info, pmap, va);
2580                 *pte = newpte | PG_A;
2581                 if (newpte & PG_RW)
2582                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
2583         }
2584         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
2585         pmap_inval_flush(&info);
2586 }
2587
2588 /*
2589  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
2590  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
2591  * VA.
2592  *
2593  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
2594  */
2595 static
2596 void
2597 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2598 {
2599         pt_entry_t *pte;
2600         vm_paddr_t pa;
2601         vm_page_t mpte;
2602         vm_pindex_t ptepindex;
2603         pd_entry_t *ptepa;
2604         pmap_inval_info info;
2605
2606         pmap_inval_init(&info);
2607
2608         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2609                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2610 #ifdef DDB
2611                 db_print_backtrace();
2612 #endif
2613         }
2614         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2615                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2616 #ifdef DDB
2617                 db_print_backtrace();
2618 #endif
2619         }
2620
2621         KKASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS); /* assert used on user pmaps only */
2622
2623         /*
2624          * Calculate the page table page (mpte), allocating it if necessary.
2625          *
2626          * A held page table page (mpte), or NULL, is passed onto the
2627          * section following.
2628          */
2629         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2630                 /*
2631                  * Calculate pagetable page index
2632                  */
2633                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2634
2635                 do {
2636                         /*
2637                          * Get the page directory entry
2638                          */
2639                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2640
2641                         /*
2642                          * If the page table page is mapped, we just increment
2643                          * the hold count, and activate it.
2644                          */
2645                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2646                                 if (*ptepa & PG_PS)
2647                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2648 //                              if (pmap->pm_ptphint &&
2649 //                                  (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2650 //                                      mpte = pmap->pm_ptphint;
2651 //                              } else {
2652                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2653                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2654 //                              }
2655                                 if (mpte)
2656                                         mpte->hold_count++;
2657                         } else {
2658                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2659                         }
2660                 } while (mpte == NULL);
2661         } else {
2662                 mpte = NULL;
2663                 /* this code path is not yet used */
2664         }
2665
2666         /*
2667          * With a valid (and held) page directory page, we can just use
2668          * vtopte() to get to the pte.  If the pte is already present
2669          * we do not disturb it.
2670          */
2671         pte = vtopte(va);
2672         if (*pte & PG_V) {
2673                 if (mpte)
2674                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &info);
2675                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2676                 KKASSERT(((*pte ^ pa) & PG_FRAME) == 0);
2677                 return;
2678         }
2679
2680         /*
2681          * Enter on the PV list if part of our managed memory
2682          */
2683         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2684                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2685                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2686         }
2687
2688         /*
2689          * Increment counters
2690          */
2691         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2692
2693         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2694
2695         /*
2696          * Now validate mapping with RO protection
2697          */
2698         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2699                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2700         else
2701                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2702 /*      pmap_inval_add(&info, pmap, va); shouldn't be needed inval->valid */
2703         pmap_inval_flush(&info);
2704 }
2705
2706 /*
2707  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2708  * to be used for panic dumps.
2709  */
2710 /* JG Needed on x86_64? */
2711 void *
2712 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2713 {
2714         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2715         return ((void *)crashdumpmap);
2716 }
2717
2718 #define MAX_INIT_PT (96)
2719
2720 /*
2721  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2722  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2723  * immediately after an mmap.
2724  */
2725 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2726
2727 void
2728 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2729                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
2730                     vm_size_t size, int limit)
2731 {
2732         struct rb_vm_page_scan_info info;
2733         struct lwp *lp;
2734         vm_size_t psize;
2735
2736         /*
2737          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2738          * or object.
2739          */
2740         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2741                 return;
2742
2743         /*
2744          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2745          */
2746         lp = curthread->td_lwp;
2747         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
2748                 return;
2749
2750         psize = x86_64_btop(size);
2751
2752         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2753                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2754                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2755                 return;
2756         }
2757
2758         if (psize + pindex > object->size) {
2759                 if (object->size < pindex)
2760                         return;
2761                 psize = object->size - pindex;
2762         }
2763
2764         if (psize == 0)
2765                 return;
2766
2767         /*
2768          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2769          * any valid pages found into the pmap.
2770          *
2771          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2772          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2773          */
2774         info.start_pindex = pindex;
2775         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2776         info.limit = limit;
2777         info.mpte = NULL;
2778         info.addr = addr;
2779         info.pmap = pmap;
2780
2781         crit_enter();
2782         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2783                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2784         crit_exit();
2785 }
2786
2787 static
2788 int
2789 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2790 {
2791         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2792         vm_pindex_t rel_index;
2793         /*
2794          * don't allow an madvise to blow away our really
2795          * free pages allocating pv entries.
2796          */
2797         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2798                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2799                     return(-1);
2800         }
2801         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2802             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2803                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2804                         vm_page_deactivate(p);
2805                 vm_page_busy(p);
2806                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2807                 pmap_enter_quick(info->pmap,
2808                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
2809                 vm_page_wakeup(p);
2810         }
2811         return(0);
2812 }
2813
2814 /*
2815  * pmap_prefault provides a quick way of clustering pagefaults into a
2816  * processes address space.  It is a "cousin" of pmap_object_init_pt,
2817  * except it runs at page fault time instead of mmap time.
2818  */
2819 #define PFBAK 4
2820 #define PFFOR 4
2821 #define PAGEORDER_SIZE (PFBAK+PFFOR)
2822
2823 static int pmap_prefault_pageorder[] = {
2824         -PAGE_SIZE, PAGE_SIZE,
2825         -2 * PAGE_SIZE, 2 * PAGE_SIZE,
2826         -3 * PAGE_SIZE, 3 * PAGE_SIZE,
2827         -4 * PAGE_SIZE, 4 * PAGE_SIZE
2828 };
2829
2830 void
2831 pmap_prefault(pmap_t pmap, vm_offset_t addra, vm_map_entry_t entry)
2832 {
2833         int i;
2834         vm_offset_t starta;
2835         vm_offset_t addr;
2836         vm_pindex_t pindex;
2837         vm_page_t m;
2838         vm_object_t object;
2839         struct lwp *lp;
2840
2841         /*
2842          * We do not currently prefault mappings that use virtual page
2843          * tables.  We do not prefault foreign pmaps.
2844          */
2845         if (entry->maptype == VM_MAPTYPE_VPAGETABLE)
2846                 return;
2847         lp = curthread->td_lwp;
2848         if (lp == NULL || (pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace)))
2849                 return;
2850
2851         object = entry->object.vm_object;
2852
2853         starta = addra - PFBAK * PAGE_SIZE;
2854         if (starta < entry->start)
2855                 starta = entry->start;
2856         else if (starta > addra)
2857                 starta = 0;
2858
2859         /*
2860          * critical section protection is required to maintain the
2861          * page/object association, interrupts can free pages and remove
2862          * them from their objects.
2863          */
2864         crit_enter();
2865         for (i = 0; i < PAGEORDER_SIZE; i++) {
2866                 vm_object_t lobject;
2867                 pt_entry_t *pte;
2868                 pd_entry_t *pde;
2869
2870                 addr = addra + pmap_prefault_pageorder[i];
2871                 if (addr > addra + (PFFOR * PAGE_SIZE))
2872                         addr = 0;
2873
2874                 if (addr < starta || addr >= entry->end)
2875                         continue;
2876
2877                 pde = pmap_pde(pmap, addr);
2878                 if (pde == NULL || *pde == 0)
2879                         continue;
2880
2881                 pte = vtopte(addr);
2882                 if (*pte)
2883                         continue;
2884
2885                 pindex = ((addr - entry->start) + entry->offset) >> PAGE_SHIFT;
2886                 lobject = object;
2887
2888                 for (m = vm_page_lookup(lobject, pindex);
2889                     (!m && (lobject->type == OBJT_DEFAULT) &&
2890                      (lobject->backing_object));
2891                     lobject = lobject->backing_object
2892                 ) {
2893                         if (lobject->backing_object_offset & PAGE_MASK)
2894                                 break;
2895                         pindex += (lobject->backing_object_offset >> PAGE_SHIFT);
2896                         m = vm_page_lookup(lobject->backing_object, pindex);
2897                 }
2898
2899                 /*
2900                  * give-up when a page is not in memory
2901                  */
2902                 if (m == NULL)
2903                         break;
2904
2905                 if (((m->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2906                         (m->busy == 0) &&
2907                     (m->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2908
2909                         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2910                                 vm_page_deactivate(m);
2911                         }
2912                         vm_page_busy(m);
2913                         pmap_enter_quick(pmap, addr, m);
2914                         vm_page_wakeup(m);
2915                 }
2916         }
2917         crit_exit();
2918 }
2919
2920 /*
2921  *      Routine:        pmap_change_wiring
2922  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2923  *                      pair.
2924  *      In/out conditions:
2925  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2926  */
2927 void
2928 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2929 {
2930         pt_entry_t *pte;
2931
2932         if (pmap == NULL)
2933                 return;
2934
2935         pte = pmap_pte(pmap, va);
2936
2937         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2938                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2939         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2940                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2941
2942         /*
2943          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2944          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2945          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using
2946          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2947          * wiring changes.
2948          */
2949 #ifdef SMP
2950         if (wired)
2951                 atomic_set_long(pte, PG_W);
2952         else
2953                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
2954 #else
2955         if (wired)
2956                 atomic_set_long_nonlocked(pte, PG_W);
2957         else
2958                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_W);
2959 #endif
2960 }
2961
2962
2963
2964 /*
2965  *      Copy the range specified by src_addr/len
2966  *      from the source map to the range dst_addr/len
2967  *      in the destination map.
2968  *
2969  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2970  */
2971 void
2972 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
2973           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
2974 {
2975         return;
2976 #if 0
2977         pmap_inval_info info;
2978         vm_offset_t addr;
2979         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2980         vm_offset_t pdnxt;
2981         pd_entry_t src_frame, dst_frame;
2982         vm_page_t m;
2983
2984         if (dst_addr != src_addr)
2985                 return;
2986 #if JGPMAP32
2987         src_frame = src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2988         if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME)) {
2989                 return;
2990         }
2991
2992         dst_frame = dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2993         if (dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)) {
2994                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
2995                 /* The page directory is not shared between CPUs */
2996                 cpu_invltlb();
2997         }
2998 #endif
2999         pmap_inval_init(&info);
3000         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
3001         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
3002
3003         /*
3004          * critical section protection is required to maintain the page/object
3005          * association, interrupts can free pages and remove them from
3006          * their objects.
3007          */
3008         crit_enter();
3009         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
3010                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3011                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
3012                 vm_offset_t srcptepaddr;
3013                 vm_pindex_t ptepindex;
3014
3015                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
3016                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
3017
3018                 /*
3019                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
3020                  * way below the low water mark of free pages or way
3021                  * above high water mark of used pv entries.
3022                  */
3023                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
3024                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
3025                         break;
3026
3027                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
3028                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
3029
3030 #if JGPMAP32
3031                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
3032 #endif
3033                 if (srcptepaddr == 0)
3034                         continue;
3035
3036                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3037 #if JGPMAP32
3038                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
3039                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
3040                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3041                         }
3042 #endif
3043                         continue;
3044                 }
3045
3046                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
3047                 if ((srcmpte == NULL) || (srcmpte->hold_count == 0) ||
3048                     (srcmpte->flags & PG_BUSY)) {
3049                         continue;
3050                 }
3051
3052                 if (pdnxt > end_addr)
3053                         pdnxt = end_addr;
3054
3055                 src_pte = vtopte(addr);
3056 #if JGPMAP32
3057                 dst_pte = avtopte(addr);
3058 #endif
3059                 while (addr < pdnxt) {
3060                         pt_entry_t ptetemp;
3061
3062                         ptetemp = *src_pte;
3063                         /*
3064                          * we only virtual copy managed pages
3065                          */
3066                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3067                                 /*
3068                                  * We have to check after allocpte for the
3069                                  * pte still being around...  allocpte can
3070                                  * block.
3071                                  *
3072                                  * pmap_allocpte() can block.  If we lose
3073                                  * our page directory mappings we stop.
3074                                  */
3075                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
3076
3077 #if JGPMAP32
3078                                 if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME) ||
3079                                     dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)
3080                                 ) {
3081                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: detected and corrected race\n");
3082                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3083                                         goto failed;
3084                                 } else if ((*dst_pte == 0) &&
3085                                            (ptetemp = *src_pte) != 0 &&
3086                                            (ptetemp & PG_MANAGED)) {
3087                                         /*
3088                                          * Clear the modified and
3089                                          * accessed (referenced) bits
3090                                          * during the copy.
3091                                          */
3092                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
3093                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
3094                                         ++dst_pmap->pm_stats.resident_count;
3095                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
3096                                                 dstmpte, m);
3097                                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
3098                                 } else {
3099                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: dst_pte race detected and corrected\n");
3100                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3101                                         goto failed;
3102                                 }
3103 #endif
3104                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
3105                                         break;
3106                         }
3107                         addr += PAGE_SIZE;
3108                         src_pte++;
3109                         dst_pte++;
3110                 }
3111         }
3112 failed:
3113         crit_exit();
3114         pmap_inval_flush(&info);
3115 #endif
3116 }
3117
3118 /*
3119  * pmap_zero_page:
3120  *
3121  *      Zero the specified physical page.
3122  *
3123  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3124  *      required.
3125  */
3126 void
3127 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3128 {
3129         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3130
3131         pagezero((void *)va);
3132 }
3133
3134 /*
3135  * pmap_page_assertzero:
3136  *
3137  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3138  */
3139 void
3140 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3141 {
3142         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3143         int i;
3144
3145         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3146             if (*(long *)((char *)virt + i) != 0) {
3147                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n", (void *)virt);
3148             }
3149         }
3150 }
3151
3152 /*
3153  * pmap_zero_page:
3154  *
3155  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3156  *      its contents with bzero.
3157  *
3158  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3159  */
3160 void
3161 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3162 {
3163         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3164
3165         bzero((char *)virt + off, size);
3166 }
3167
3168 /*
3169  * pmap_copy_page:
3170  *
3171  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3172  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3173  *      is required.
3174  */
3175 void
3176 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3177 {
3178         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3179
3180         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3181         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3182         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3183 }
3184
3185 /*
3186  * pmap_copy_page_frag:
3187  *
3188  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3189  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3190  *      is required.
3191  */
3192 void
3193 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3194 {
3195         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3196
3197         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3198         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3199
3200         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3201               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3202               bytes);
3203 }
3204
3205 /*
3206  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3207  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3208  * be changed upwards or downwards in the future; it
3209  * is only necessary that true be returned for a small
3210  * subset of pmaps for proper page aging.
3211  */
3212 boolean_t
3213 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3214 {
3215         pv_entry_t pv;
3216         int loops = 0;
3217
3218         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3219                 return FALSE;
3220
3221         crit_enter();
3222
3223         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3224                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3225                         crit_exit();
3226                         return TRUE;
3227                 }
3228                 loops++;
3229                 if (loops >= 16)
3230                         break;
3231         }
3232         crit_exit();
3233         return (FALSE);
3234 }
3235
3236 /*
3237  * Remove all pages from specified address space
3238  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3239  * is special cased for current process only, but
3240  * can have the more generic (and slightly slower)
3241  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3242  * in the case of running down an entire address space.
3243  */
3244 void
3245 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3246 {
3247         struct lwp *lp;
3248         pt_entry_t *pte, tpte;
3249         pv_entry_t pv, npv;
3250         vm_page_t m;
3251         pmap_inval_info info;
3252         int iscurrentpmap;
3253         int save_generation;
3254
3255         lp = curthread->td_lwp;
3256         if (lp && pmap == vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3257                 iscurrentpmap = 1;
3258         else
3259                 iscurrentpmap = 0;
3260
3261         pmap_inval_init(&info);
3262         crit_enter();
3263         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
3264                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
3265                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3266                         continue;
3267                 }
3268
3269                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
3270
3271                 if (iscurrentpmap)
3272                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3273                 else
3274                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3275                 if (pmap->pm_active)
3276                         pmap_inval_add(&info, pmap, pv->pv_va);
3277
3278                 /*
3279                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
3280                  * at this time
3281                  */
3282                 if (*pte & PG_W) {
3283                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3284                         continue;
3285                 }
3286                 tpte = pte_load_clear(pte);
3287
3288                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3289
3290                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3291                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %lx", tpte));
3292
3293                 KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
3294                 --pmap->pm_stats.resident_count;
3295
3296                 /*
3297                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3298                  */
3299                 if (tpte & PG_M) {
3300                         vm_page_dirty(m);
3301                 }
3302
3303                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3304                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
3305                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
3306
3307                 m->md.pv_list_count--;
3308                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3309                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
3310                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3311
3312                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
3313                 free_pv_entry(pv);
3314
3315                 /*
3316                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
3317                  * calls and other removals were made.
3318                  */
3319                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
3320                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
3321                         pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
3322                 }
3323         }
3324         pmap_inval_flush(&info);
3325         crit_exit();
3326 }
3327
3328 /*
3329  * pmap_testbit tests bits in pte's
3330  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
3331  * and a lot of things compile-time evaluate.
3332  */
3333 static
3334 boolean_t
3335 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3336 {
3337         pv_entry_t pv;
3338         pt_entry_t *pte;
3339
3340         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3341                 return FALSE;
3342
3343         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3344                 return FALSE;
3345
3346         crit_enter();
3347
3348         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3349                 /*
3350                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3351                  * mark clean_map and ptes as never
3352                  * modified.
3353                  */
3354                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3355                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3356                                 continue;
3357                 }
3358
3359 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3360                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3361                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3362                         continue;
3363                 }
3364 #endif
3365                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3366                 if (*pte & bit) {
3367                         crit_exit();
3368                         return TRUE;
3369                 }
3370         }
3371         crit_exit();
3372         return (FALSE);
3373 }
3374
3375 /*
3376  * this routine is used to modify bits in ptes
3377  */
3378 static __inline
3379 void
3380 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3381 {
3382         struct pmap_inval_info info;
3383         pv_entry_t pv;
3384         pt_entry_t *pte;
3385         pt_entry_t pbits;
3386
3387         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3388                 return;
3389
3390         pmap_inval_init(&info);
3391         crit_enter();
3392
3393         /*
3394          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3395          * setting RO do we need to clear the VAC?
3396          */
3397         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3398                 /*
3399                  * don't write protect pager mappings
3400                  */
3401                 if (bit == PG_RW) {
3402                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3403                                 continue;
3404                 }
3405
3406 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3407                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3408                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3409                         continue;
3410                 }
3411 #endif
3412
3413                 /*
3414                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3415                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3416                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3417                  *
3418                  * We do not have to force synchronization when clearing
3419                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3420                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3421                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3422                  */
3423                 if (bit & PG_RW)
3424                         pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3425                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3426 again:
3427                 pbits = *pte;
3428                 if (pbits & bit) {
3429                         if (bit == PG_RW) {
3430                                 if (pbits & PG_M) {
3431                                         vm_page_dirty(m);
3432                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3433                                 } else {
3434                                         /*
3435                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3436                                          * simultaniously with our clearing
3437                                          * of PG_RW.
3438                                          */
3439                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3440                                                                pbits & ~PG_RW))
3441                                                 goto again;
3442                                 }
3443                         } else if (bit == PG_M) {
3444                                 /*
3445                                  * We could also clear PG_RW here to force
3446                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3447                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3448                                  * since virtual kernels invalidate the pte
3449                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3450                                  * virtual page tables.
3451                                  */
3452                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3453                         } else {
3454                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3455                         }
3456                 }
3457         }
3458         pmap_inval_flush(&info);
3459         crit_exit();
3460 }
3461
3462 /*
3463  *      pmap_page_protect:
3464  *
3465  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3466  */
3467 void
3468 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3469 {
3470         /* JG NX support? */
3471         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3472                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3473                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3474                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3475                 } else {
3476                         pmap_remove_all(m);
3477                 }
3478         }
3479 }
3480
3481 vm_paddr_t
3482 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3483 {
3484         return (x86_64_ptob(ppn));
3485 }
3486
3487 /*
3488  *      pmap_ts_referenced:
3489  *
3490  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3491  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3492  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3493  *      reference bits set.
3494  *
3495  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3496  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3497  *      optimal aging of shared pages.
3498  */
3499 int
3500 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3501 {
3502         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3503         pt_entry_t *pte;
3504         int rtval = 0;
3505
3506         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3507                 return (rtval);
3508
3509         crit_enter();
3510
3511         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3512
3513                 pvf = pv;
3514
3515                 do {
3516                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3517
3518                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3519
3520                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3521
3522                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3523                                 continue;
3524
3525                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3526
3527                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3528 #ifdef SMP
3529                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
3530 #else
3531                                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3532 #endif
3533                                 rtval++;
3534                                 if (rtval > 4) {
3535                                         break;
3536                                 }
3537                         }
3538                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3539         }
3540         crit_exit();
3541
3542         return (rtval);
3543 }
3544
3545 /*
3546  *      pmap_is_modified:
3547  *
3548  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3549  *      in any physical maps.
3550  */
3551 boolean_t
3552 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3553 {
3554         return pmap_testbit(m, PG_M);
3555 }
3556
3557 /*
3558  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3559  */
3560 void
3561 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3562 {
3563         pmap_clearbit(m, PG_M);
3564 }
3565
3566 /*
3567  *      pmap_clear_reference:
3568  *
3569  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3570  */
3571 void
3572 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3573 {
3574         pmap_clearbit(m, PG_A);
3575 }
3576
3577 /*
3578  * Miscellaneous support routines follow
3579  */
3580
3581 static
3582 void
3583 i386_protection_init(void)
3584 {
3585         int *kp, prot;
3586
3587         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3588         kp = protection_codes;
3589         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3590                 switch (prot) {
3591                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3592                         /*
3593                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3594                          * so just make it readable.
3595                          */
3596                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3597                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3598                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3599                         *kp++ = 0;
3600                         break;
3601                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3602                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3603                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3604                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3605                         *kp++ = PG_RW;
3606                         break;
3607                 }
3608         }
3609 }
3610
3611 /*
3612  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3613  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3614  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3615  * NOT real memory.
3616  *
3617  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3618  * a time.
3619  */
3620 void *
3621 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3622 {
3623         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3624         pt_entry_t *pte;
3625
3626         offset = pa & PAGE_MASK;
3627         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3628
3629         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size);
3630         if (va == 0)
3631                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3632
3633         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3634         for (tmpva = va; size > 0;) {
3635                 pte = vtopte(tmpva);
3636                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3637                 size -= PAGE_SIZE;
3638                 tmpva += PAGE_SIZE;
3639                 pa += PAGE_SIZE;
3640         }
3641         cpu_invltlb();
3642         smp_invltlb();
3643
3644         return ((void *)(va + offset));
3645 }
3646
3647 void *
3648 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3649 {
3650         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3651         pt_entry_t *pte;
3652
3653         offset = pa & PAGE_MASK;
3654         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3655
3656         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size);
3657         if (va == 0)
3658                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3659
3660         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3661         for (tmpva = va; size > 0;) {
3662                 pte = vtopte(tmpva);
3663                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | PG_N; /* | pgeflag; */
3664                 size -= PAGE_SIZE;
3665                 tmpva += PAGE_SIZE;
3666                 pa += PAGE_SIZE;
3667         }
3668         cpu_invltlb();
3669         smp_invltlb();
3670
3671         return ((void *)(va + offset));
3672 }
3673
3674 void
3675 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3676 {
3677         vm_offset_t base, offset;
3678
3679         base = va & ~PAGE_MASK;
3680         offset = va & PAGE_MASK;
3681         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3682         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3683         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3684 }
3685
3686 /*
3687  * perform the pmap work for mincore
3688  */
3689 int
3690 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3691 {
3692         pt_entry_t *ptep, pte;
3693         vm_page_t m;
3694         int val = 0;
3695
3696         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3697         if (ptep == 0) {
3698                 return 0;
3699         }
3700
3701         if ((pte = *ptep) != 0) {
3702                 vm_offset_t pa;
3703
3704                 val = MINCORE_INCORE;
3705                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3706                         return val;
3707
3708                 pa = pte & PG_FRAME;
3709
3710                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3711
3712                 /*
3713                  * Modified by us
3714                  */
3715                 if (pte & PG_M)
3716                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3717                 /*
3718                  * Modified by someone
3719                  */
3720                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3721                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3722                 /*
3723                  * Referenced by us
3724                  */
3725                 if (pte & PG_A)
3726                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3727
3728                 /*
3729                  * Referenced by someone
3730                  */
3731                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3732                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3733                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3734                 }
3735         }
3736         return val;
3737 }
3738
3739 /*
3740  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
3741  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
3742  *
3743  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
3744  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
3745  */
3746 void
3747 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
3748 {
3749         struct vmspace *oldvm;
3750         struct lwp *lp;
3751
3752         crit_enter();
3753         oldvm = p->p_vmspace;
3754         if (oldvm != newvm) {
3755                 p->p_vmspace = newvm;
3756                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
3757                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
3758                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
3759                 if (adjrefs) {
3760                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
3761                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
3762                 }
3763         }
3764         crit_exit();
3765 }
3766
3767 /*
3768  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
3769  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
3770  * on a per-lwp basis.
3771  */
3772 void
3773 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
3774 {
3775         struct vmspace *oldvm;
3776         struct pmap *pmap;
3777
3778         crit_enter();
3779         oldvm = lp->lwp_vmspace;
3780
3781         if (oldvm != newvm) {
3782                 lp->lwp_vmspace = newvm;
3783                 if (curthread->td_lwp == lp) {
3784                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
3785 #if defined(SMP)
3786                         atomic_set_int(&pmap->pm_active, 1 << mycpu->gd_cpuid);
3787 #else
3788                         pmap->pm_active |= 1;
3789 #endif
3790 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3791                         tlb_flush_count++;
3792 #endif
3793                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3794                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3795                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
3796 #if defined(SMP)
3797                         atomic_clear_int(&pmap->pm_active,
3798                                           1 << mycpu->gd_cpuid);
3799 #else
3800                         pmap->pm_active &= ~1;
3801 #endif
3802                 }
3803         }
3804         crit_exit();
3805 }
3806
3807 vm_offset_t
3808 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3809 {
3810
3811         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3812                 return addr;
3813         }
3814
3815         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3816         return addr;
3817 }
3818
3819
3820 #if defined(DEBUG)
3821
3822 static void     pads (pmap_t pm);
3823 void            pmap_pvdump (vm_paddr_t pa);
3824
3825 /* print address space of pmap*/
3826 static
3827 void
3828 pads(pmap_t pm)
3829 {
3830         vm_offset_t va;
3831         unsigned i, j;
3832         pt_entry_t *ptep;
3833
3834         if (pm == &kernel_pmap)
3835                 return;
3836         crit_enter();
3837         for (i = 0; i < NPDEPG; i++) {
3838                 ;
3839         }
3840         crit_exit();
3841
3842 }
3843
3844 void
3845 pmap_pvdump(vm_paddr_t pa)
3846 {
3847         pv_entry_t pv;
3848         vm_page_t m;
3849
3850         kprintf("pa %08llx", (long long)pa);
3851         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3852         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3853 #ifdef used_to_be
3854                 kprintf(" -> pmap %p, va %x, flags %x",
3855                     (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_flags);
3856 #endif
3857                 kprintf(" -> pmap %p, va %x", (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3858                 pads(pv->pv_pmap);
3859         }
3860         kprintf(" ");
3861 }
3862 #endif