Merge branch 'vendor/GDTOA'
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
8  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
9  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
10  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
47  */
48
49 /*
50  *      Manages physical address maps.
51  *
52  *      In addition to hardware address maps, this
53  *      module is called upon to provide software-use-only
54  *      maps which may or may not be stored in the same
55  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
56  *      used to store intermediate results from copy
57  *      operations to and from address spaces.
58  *
59  *      Since the information managed by this module is
60  *      also stored by the logical address mapping module,
61  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
62  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
63  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
64  *      requested.
65  *
66  *      In order to cope with hardware architectures which
67  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
68  *      this module may delay invalidate or reduced protection
69  *      operations until such time as they are actually
70  *      necessary.  This module is given full information as
71  *      to which processors are currently using which maps,
72  *      and to when physical maps must be made correct.
73  */
74
75 #if JG
76 #include "opt_disable_pse.h"
77 #include "opt_pmap.h"
78 #endif
79 #include "opt_msgbuf.h"
80
81 #include <sys/param.h>
82 #include <sys/systm.h>
83 #include <sys/kernel.h>
84 #include <sys/proc.h>
85 #include <sys/msgbuf.h>
86 #include <sys/vmmeter.h>
87 #include <sys/mman.h>
88
89 #include <vm/vm.h>
90 #include <vm/vm_param.h>
91 #include <sys/sysctl.h>
92 #include <sys/lock.h>
93 #include <vm/vm_kern.h>
94 #include <vm/vm_page.h>
95 #include <vm/vm_map.h>
96 #include <vm/vm_object.h>
97 #include <vm/vm_extern.h>
98 #include <vm/vm_pageout.h>
99 #include <vm/vm_pager.h>
100 #include <vm/vm_zone.h>
101
102 #include <sys/user.h>
103 #include <sys/thread2.h>
104 #include <sys/sysref2.h>
105
106 #include <machine/cputypes.h>
107 #include <machine/md_var.h>
108 #include <machine/specialreg.h>
109 #include <machine/smp.h>
110 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
111 #include <machine/globaldata.h>
112 #include <machine/pmap.h>
113 #include <machine/pmap_inval.h>
114
115 #include <ddb/ddb.h>
116
117 #define PMAP_KEEP_PDIRS
118 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
119 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
120 #endif
121
122 #if defined(DIAGNOSTIC)
123 #define PMAP_DIAGNOSTIC
124 #endif
125
126 #define MINPV 2048
127
128 /*
129  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
130  */
131 static pd_entry_t *pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
132 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
133
134 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
135 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
136 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
137 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
138 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
139
140
141 /*
142  * Given a map and a machine independent protection code,
143  * convert to a vax protection code.
144  */
145 #define pte_prot(m, p)          \
146         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
147 static int protection_codes[8];
148
149 struct pmap kernel_pmap;
150 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
151
152 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
153 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
154 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
155 vm_offset_t virtual2_end;
156 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
157 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
158 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
159 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
160 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
161 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
162 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
163 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
164
165 static vm_object_t kptobj;
166
167 static int ndmpdp;
168 static vm_paddr_t dmaplimit;
169 static int nkpt;
170 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
171
172 static uint64_t KPTbase;
173 static uint64_t KPTphys;
174 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
175 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
176 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
177 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
178
179 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
180 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
181
182 /*
183  * Data for the pv entry allocation mechanism
184  */
185 static vm_zone_t pvzone;
186 static struct vm_zone pvzone_store;
187 static struct vm_object pvzone_obj;
188 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
189 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
190 static struct pv_entry *pvinit;
191
192 /*
193  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
194  */
195 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
196 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
197 static pt_entry_t *msgbufmap;
198 struct msgbuf *msgbufp=0;
199
200 /*
201  * Crashdump maps.
202  */
203 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
204 static caddr_t crashdumpmap;
205
206 #define DISABLE_PSE
207
208 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
209 static void i386_protection_init (void);
210 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
211 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
212 static int  pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq,
213                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
214 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
215                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
216 static int  pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
217                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
218 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
219 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
220                                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
221
222 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
223
224 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
225 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex);
226 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
227 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
228 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
229                                 pmap_inval_info_t info);
230 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
231 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
232
233 static unsigned pdir4mb;
234
235 /*
236  * Move the kernel virtual free pointer to the next
237  * 2MB.  This is used to help improve performance
238  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
239  * (.text, .data, .bss)
240  */
241 static
242 vm_offset_t
243 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
244 {
245         vm_offset_t newaddr = addr;
246
247         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
248         return newaddr;
249 }
250
251 /*
252  * pmap_pte_quick:
253  *
254  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
255  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
256  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
257  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
258  *
259  *      Should only be called while in a critical section.
260  */
261 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
262
263 static
264 pt_entry_t *
265 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
266 {
267         return pmap_pte(pmap, va);
268 }
269
270 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
271 static __inline
272 vm_pindex_t
273 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
274 {
275         return va >> PDRSHIFT;
276 }
277
278 /* Return various clipped indexes for a given VA */
279 static __inline
280 vm_pindex_t
281 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
282 {
283
284         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
285 }
286
287 static __inline
288 vm_pindex_t
289 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
290 {
291
292         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
293 }
294
295 static __inline
296 vm_pindex_t
297 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
298 {
299
300         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
301 }
302
303 static __inline
304 vm_pindex_t
305 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
306 {
307
308         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
309 }
310
311 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
312 static __inline
313 pml4_entry_t *
314 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
315 {
316
317         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
318 }
319
320 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
321 static __inline
322 pdp_entry_t *
323 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
324 {
325         pdp_entry_t *pdpe;
326
327         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
328         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
329 }
330
331 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
332 static __inline
333 pdp_entry_t *
334 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
335 {
336         pml4_entry_t *pml4e;
337
338         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
339         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
340                 return NULL;
341         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
342 }
343
344 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
345 static __inline
346 pd_entry_t *
347 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
348 {
349         pd_entry_t *pde;
350
351         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
352         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
353 }
354
355 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
356 static __inline
357 pd_entry_t *
358 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
359 {
360         pdp_entry_t *pdpe;
361
362         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
363         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
364                  return NULL;
365         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
366 }
367
368 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
369 static __inline
370 pt_entry_t *
371 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
372 {
373         pt_entry_t *pte;
374
375         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
376         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
377 }
378
379 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
380 static __inline
381 pt_entry_t *
382 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
383 {
384         pd_entry_t *pde;
385
386         pde = pmap_pde(pmap, va);
387         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
388                 return NULL;
389         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
390                 return ((pt_entry_t *)pde);
391         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
392 }
393
394 static __inline
395 pt_entry_t *
396 vtopte(vm_offset_t va)
397 {
398         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
399
400         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
401 }
402
403 static __inline
404 pd_entry_t *
405 vtopde(vm_offset_t va)
406 {
407         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
408
409         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
410 }
411
412 static uint64_t
413 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
414 {
415         uint64_t ret;
416
417         ret = *firstaddr;
418         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
419         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
420         return (ret);
421 }
422
423 static
424 void
425 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
426 {
427         long i;         /* must be 64 bits */
428         long nkpt_base;
429         long nkpt_phys;
430
431         /*
432          * We are running (mostly) V=P at this point
433          *
434          * Calculate NKPT - number of kernel page tables.  We have to
435          * accomodoate prealloction of the vm_page_array, dump bitmap,
436          * MSGBUF_SIZE, and other stuff.  Be generous.
437          *
438          * Maxmem is in pages.
439          */
440         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
441         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
442                 ndmpdp = 4;
443
444         /*
445          * Starting at the beginning of kvm (not KERNBASE).
446          */
447         nkpt_phys = (Maxmem * sizeof(struct vm_page) + NBPDR - 1) / NBPDR;
448         nkpt_phys += (Maxmem * sizeof(struct pv_entry) + NBPDR - 1) / NBPDR;
449         nkpt_phys += ((nkpt + nkpt + 1 + NKPML4E + NKPDPE + NDMPML4E + ndmpdp) +
450                      511) / 512;
451         nkpt_phys += 128;
452
453         /*
454          * Starting at KERNBASE - map 2G worth of page table pages.
455          * KERNBASE is offset -2G from the end of kvm.
456          */
457         nkpt_base = (NPDPEPG - KPDPI) * NPTEPG; /* typically 2 x 512 */
458
459         /*
460          * Allocate pages
461          */
462         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt_base);
463         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt_phys);
464         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
465         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
466         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
467
468         /*
469          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
470          * that is where we start populating the page table pages.
471          * Basically this is the end - 2.
472          */
473         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
474
475         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
476         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
477                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
478         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
479
480         /*
481          * Fill in the underlying page table pages for the area around
482          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
483          *
484          * Read-only from zero to physfree
485          * XXX not fully used, underneath 2M pages
486          */
487         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
488                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
489                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
490         }
491
492         /*
493          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
494          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
495          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
496          * data, bss, and initial pre-allocations.
497          */
498         for (i = 0; i < nkpt_base; i++) {
499                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
500                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
501         }
502         for (i = 0; i < nkpt_phys; i++) {
503                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
504                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
505         }
506
507         /*
508          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
509          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
510          * above in the KERNBASE area.
511          */
512         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
513                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
514                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
515         }
516
517         /*
518          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
519          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
520          */
521         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
522                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
523                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
524                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
525                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
526         }
527
528         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
529         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
530         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
531                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
532                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
533                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
534                             PG_G | PG_M | PG_A;
535                 }
536                 /* And the direct map space's PDP */
537                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
538                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
539                             (i << PAGE_SHIFT);
540                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
541                 }
542         } else {
543                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
544                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
545                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
546                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
547                             PG_G | PG_M | PG_A;
548                 }
549         }
550
551         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
552         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
553         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
554
555         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
556         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
557         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
558
559         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
560         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
561         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
562 }
563
564 /*
565  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
566  *
567  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
568  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
569  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
570  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
571  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
572  *      (physical) address starting relative to 0]
573  */
574 void
575 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
576 {
577         vm_offset_t va;
578         pt_entry_t *pte;
579         struct mdglobaldata *gd;
580         int pg;
581
582         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
583         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
584         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
585
586         avail_start = *firstaddr;
587
588         /*
589          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
590          */
591         create_pagetables(firstaddr);
592
593         virtual2_start = KvaStart;
594         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
595
596         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
597         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
598
599         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
600
601         /* XXX do %cr0 as well */
602         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
603         load_cr3(KPML4phys);
604
605         /*
606          * Initialize protection array.
607          */
608         i386_protection_init();
609
610         /*
611          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
612          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
613          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
614          */
615         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
616         kernel_pmap.pm_count = 1;
617         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
618         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
619
620         /*
621          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
622          * mapping of pages.
623          */
624 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
625         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
626
627         va = virtual_start;
628         pte = vtopte(va);
629
630         /*
631          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
632          */
633         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
634
635         /*
636          * Crashdump maps.
637          */
638         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
639
640         /*
641          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
642          * /dev/mem.
643          */
644         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
645
646         /*
647          * msgbufp is used to map the system message buffer.
648          * XXX msgbufmap is not used.
649          */
650         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
651                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
652
653         virtual_start = va;
654
655         *CMAP1 = 0;
656
657         /*
658          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
659          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
660          * works under UP because self-referential page table mappings
661          */
662 #ifdef SMP
663         pgeflag = 0;
664 #else
665         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
666                 pgeflag = PG_G;
667 #endif
668         
669 /*
670  * Initialize the 4MB page size flag
671  */
672         pseflag = 0;
673 /*
674  * The 4MB page version of the initial
675  * kernel page mapping.
676  */
677         pdir4mb = 0;
678
679 #if !defined(DISABLE_PSE)
680         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
681                 pt_entry_t ptditmp;
682                 /*
683                  * Note that we have enabled PSE mode
684                  */
685                 pseflag = PG_PS;
686                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
687                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
688                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
689                 pdir4mb = ptditmp;
690
691 #ifndef SMP
692                 /*
693                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
694                  * now because the APs will not be able to use it when
695                  * they boot up.
696                  */
697                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
698
699                 /*
700                  * We can do the mapping here for the single processor
701                  * case.  We simply ignore the old page table page from
702                  * now on.
703                  */
704                 /*
705                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
706                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
707                  */
708                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
709                 cpu_invltlb();
710 #endif
711         }
712 #endif
713
714         /*
715          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
716          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
717          * portion.
718          */
719         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
720         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
721
722         cpu_invltlb();
723 }
724
725 #ifdef SMP
726 /*
727  * Set 4mb pdir for mp startup
728  */
729 void
730 pmap_set_opt(void)
731 {
732         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
733                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
734                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
735                         cpu_invltlb();
736                 }
737         }
738 }
739 #endif
740
741 /*
742  * XXX: Hack. Required by pmap_init()
743  */
744 extern vm_offset_t cpu_apic_addr;
745
746 /*
747  *      Initialize the pmap module.
748  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
749  *      system needs to map virtual memory.
750  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
751  *      way, discontiguous physical memory.
752  */
753 void
754 pmap_init(void)
755 {
756         int i;
757         int initial_pvs;
758
759         /*
760          * object for kernel page table pages
761          */
762         /* JG I think the number can be arbitrary */
763         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, 5);
764
765         /*
766          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
767          * pv_head_table.
768          */
769
770         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
771                 vm_page_t m;
772
773                 m = &vm_page_array[i];
774                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
775                 m->md.pv_list_count = 0;
776         }
777
778         /*
779          * init the pv free list
780          */
781         initial_pvs = vm_page_array_size;
782         if (initial_pvs < MINPV)
783                 initial_pvs = MINPV;
784         pvzone = &pvzone_store;
785         pvinit = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
786                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
787         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
788                   pvinit, initial_pvs);
789
790         /*
791          * Now it is safe to enable pv_table recording.
792          */
793         pmap_initialized = TRUE;
794 #ifdef SMP
795         /*
796          * XXX: Hack 
797          */
798         lapic = pmap_mapdev_uncacheable(cpu_apic_addr, sizeof(struct LAPIC));
799 #endif
800 }
801
802 /*
803  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
804  * high water mark so that the system can recover from excessive
805  * numbers of pv entries.
806  */
807 void
808 pmap_init2(void)
809 {
810         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
811         int entry_max;
812
813         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
814         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
815         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
816         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
817
818         /*
819          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
820          */
821         entry_max = pv_entry_max - vm_page_array_size;
822         if (entry_max <= 0)
823                 entry_max = 1;
824
825         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
826 }
827
828
829 /***************************************************
830  * Low level helper routines.....
831  ***************************************************/
832
833 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
834
835 /*
836  * This code checks for non-writeable/modified pages.
837  * This should be an invalid condition.
838  */
839 static
840 int
841 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
842 {
843         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
844                 return 1;
845         else
846                 return 0;
847 }
848 #endif
849
850
851 /*
852  * this routine defines the region(s) of memory that should
853  * not be tested for the modified bit.
854  */
855 static __inline
856 int
857 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
858 {
859         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
860                 return 1;
861         else
862                 return 0;
863 }
864
865 /*
866  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
867  *
868  * The caller must hold vm_token if non-blocking operation is desired.
869  */
870 vm_paddr_t 
871 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
872 {
873         vm_paddr_t rtval;
874         pt_entry_t *pte;
875         pd_entry_t pde, *pdep;
876
877         lwkt_gettoken(&vm_token);
878         rtval = 0;
879         pdep = pmap_pde(pmap, va);
880         if (pdep != NULL) {
881                 pde = *pdep;
882                 if (pde) {
883                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
884                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
885                         } else {
886                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
887                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
888                         }
889                 }
890         }
891         lwkt_reltoken(&vm_token);
892         return rtval;
893 }
894
895 /*
896  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
897  */
898 vm_paddr_t
899 pmap_kextract(vm_offset_t va)
900 {
901         pd_entry_t pde;
902         vm_paddr_t pa;
903
904         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
905                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
906         } else {
907                 pde = *vtopde(va);
908                 if (pde & PG_PS) {
909                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
910                 } else {
911                         /*
912                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
913                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
914                          * be used to access the PTE because it would use the
915                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
916                          * because the page table page is preserved by the
917                          * promotion.
918                          */
919                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
920                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
921                 }
922         }
923         return pa;
924 }
925
926 /***************************************************
927  * Low level mapping routines.....
928  ***************************************************/
929
930 /*
931  * Routine: pmap_kenter
932  * Function:
933  *      Add a wired page to the KVA
934  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
935  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
936  */
937 void 
938 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
939 {
940         pt_entry_t *pte;
941         pt_entry_t npte;
942         pmap_inval_info info;
943
944         pmap_inval_init(&info);
945         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
946         pte = vtopte(va);
947         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
948         *pte = npte;
949         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
950         pmap_inval_done(&info);
951 }
952
953 /*
954  * Routine: pmap_kenter_quick
955  * Function:
956  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
957  *      mapping on the current CPU.
958  */
959 void
960 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
961 {
962         pt_entry_t *pte;
963         pt_entry_t npte;
964
965         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
966         pte = vtopte(va);
967         *pte = npte;
968         cpu_invlpg((void *)va);
969 }
970
971 void
972 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
973 {
974         pmap_inval_info info;
975
976         pmap_inval_init(&info);
977         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
978         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
979         pmap_inval_done(&info);
980 }
981
982 void
983 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
984 {
985         cpu_invlpg((void *)va);
986 }
987
988 /*
989  * remove a page from the kernel pagetables
990  */
991 void
992 pmap_kremove(vm_offset_t va)
993 {
994         pt_entry_t *pte;
995         pmap_inval_info info;
996
997         pmap_inval_init(&info);
998         pte = vtopte(va);
999         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
1000         *pte = 0;
1001         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
1002         pmap_inval_done(&info);
1003 }
1004
1005 void
1006 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1007 {
1008         pt_entry_t *pte;
1009         pte = vtopte(va);
1010         *pte = 0;
1011         cpu_invlpg((void *)va);
1012 }
1013
1014 /*
1015  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
1016  */
1017 void
1018 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1019 {
1020         *vtopte(va) |= PG_RW;
1021         cpu_invlpg((void *)va);
1022 }
1023
1024 void
1025 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1026 {
1027         *vtopte(va) |= PG_N;
1028         cpu_invlpg((void *)va);
1029 }
1030
1031 /*
1032  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
1033  * address space during the low level boot, typically to map the
1034  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
1035  *
1036  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
1037  * kernel text+data.
1038  *
1039  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
1040  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
1041  * have access to the related pointers.
1042  */
1043 vm_offset_t
1044 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1045 {
1046         vm_offset_t va;
1047         vm_offset_t va_start;
1048
1049         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
1050
1051         va_start = *virtp;
1052         va = va_start;
1053
1054         while (start < end) {
1055                 pmap_kenter_quick(va, start);
1056                 va += PAGE_SIZE;
1057                 start += PAGE_SIZE;
1058         }
1059         *virtp = va;
1060         return va_start;
1061 }
1062
1063
1064 /*
1065  * Add a list of wired pages to the kva
1066  * this routine is only used for temporary
1067  * kernel mappings that do not need to have
1068  * page modification or references recorded.
1069  * Note that old mappings are simply written
1070  * over.  The page *must* be wired.
1071  */
1072 void
1073 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1074 {
1075         vm_offset_t end_va;
1076
1077         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1078                 
1079         while (va < end_va) {
1080                 pt_entry_t *pte;
1081
1082                 pte = vtopte(va);
1083                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1084                 cpu_invlpg((void *)va);
1085                 va += PAGE_SIZE;
1086                 m++;
1087         }
1088         smp_invltlb();
1089 }
1090
1091 /*
1092  * This routine jerks page mappings from the
1093  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1094  *
1095  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1096  */
1097 void
1098 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1099 {
1100         vm_offset_t end_va;
1101
1102         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1103
1104         while (va < end_va) {
1105                 pt_entry_t *pte;
1106
1107                 pte = vtopte(va);
1108                 *pte = 0;
1109                 cpu_invlpg((void *)va);
1110                 va += PAGE_SIZE;
1111         }
1112         smp_invltlb();
1113 }
1114
1115 /*
1116  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
1117  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
1118  *
1119  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
1120  * the call should be made with a critical section held so the page's object
1121  * association remains valid on return.
1122  */
1123 static
1124 vm_page_t
1125 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1126 {
1127         vm_page_t m;
1128
1129         do {
1130                 m = vm_page_lookup(object, pindex);
1131         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"));
1132
1133         return(m);
1134 }
1135
1136 /*
1137  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1138  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1139  */
1140 void
1141 pmap_init_thread(thread_t td)
1142 {
1143         /* enforce pcb placement & alignment */
1144         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1145         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
1146         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1147         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
1148 }
1149
1150 /*
1151  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1152  */
1153 void
1154 pmap_init_proc(struct proc *p)
1155 {
1156 }
1157
1158 /*
1159  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1160  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1161  */
1162 void
1163 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1164 {
1165         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1166 }
1167
1168 /***************************************************
1169  * Page table page management routines.....
1170  ***************************************************/
1171
1172 /*
1173  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1174  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1175  */
1176 static __inline
1177 int
1178 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1179                      pmap_inval_info_t info)
1180 {
1181         KKASSERT(m->hold_count > 0);
1182         if (m->hold_count > 1) {
1183                 vm_page_unhold(m);
1184                 return 0;
1185         } else {
1186                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, info);
1187         }
1188 }
1189
1190 static
1191 int
1192 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1193                       pmap_inval_info_t info)
1194 {
1195         /* 
1196          * Wait until we can busy the page ourselves.  We cannot have
1197          * any active flushes if we block.  We own one hold count on the
1198          * page so it cannot be freed out from under us.
1199          */
1200         if (m->flags & PG_BUSY) {
1201                 while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
1202                         ;
1203         }
1204         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1205                 ("_pmap_unwire_pte_hold: %p->queue != PQ_NONE", m));
1206
1207         /*
1208          * This case can occur if new references were acquired while
1209          * we were blocked.
1210          */
1211         if (m->hold_count > 1) {
1212                 KKASSERT(m->hold_count > 1);
1213                 vm_page_unhold(m);
1214                 return 0;
1215         }
1216
1217         /*
1218          * Unmap the page table page
1219          */
1220         KKASSERT(m->hold_count == 1);
1221         vm_page_busy(m);
1222         pmap_inval_interlock(info, pmap, -1);
1223
1224         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1225                 /* PDP page */
1226                 pml4_entry_t *pml4;
1227                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1228                 *pml4 = 0;
1229         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1230                 /* PD page */
1231                 pdp_entry_t *pdp;
1232                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1233                 *pdp = 0;
1234         } else {
1235                 /* PT page */
1236                 pd_entry_t *pd;
1237                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1238                 *pd = 0;
1239         }
1240
1241         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1242         --pmap->pm_stats.resident_count;
1243
1244         if (pmap->pm_ptphint == m)
1245                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1246         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
1247
1248         if (m->pindex < NUPDE) {
1249                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1250                 vm_page_t pdpg;
1251
1252                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1253                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, info);
1254         }
1255         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1256                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1257                 vm_page_t pdppg;
1258
1259                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1260                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, info);
1261         }
1262
1263         /*
1264          * This was our last hold, the page had better be unwired
1265          * after we decrement wire_count.
1266          *
1267          * FUTURE NOTE: shared page directory page could result in
1268          * multiple wire counts.
1269          */
1270         vm_page_unhold(m);
1271         --m->wire_count;
1272         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1273         --vmstats.v_wire_count;
1274         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1275         vm_page_flash(m);
1276         vm_page_free_zero(m);
1277
1278         return 1;
1279 }
1280
1281 /*
1282  * After removing a page table entry, this routine is used to
1283  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1284  */
1285 static
1286 int
1287 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1288                 pmap_inval_info_t info)
1289 {
1290         vm_pindex_t ptepindex;
1291
1292         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS)
1293                 return 0;
1294
1295         if (mpte == NULL) {
1296                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1297 #if JGHINT
1298                 if (pmap->pm_ptphint &&
1299                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1300                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1301                 } else {
1302 #endif
1303                         mpte = pmap_page_lookup(pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1304                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1305 #if JGHINT
1306                 }
1307 #endif
1308         }
1309         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, info);
1310 }
1311
1312 /*
1313  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1314  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1315  *
1316  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1317  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1318  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1319  */
1320 void
1321 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1322 {
1323         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1324         pmap->pm_count = 1;
1325         pmap->pm_active = 0;
1326         pmap->pm_ptphint = NULL;
1327         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1328         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1329 }
1330
1331 /*
1332  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1333  * such as one in a vmspace structure.
1334  */
1335 void
1336 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1337 {
1338         vm_page_t ptdpg;
1339
1340         /*
1341          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1342          * page directory table.
1343          */
1344         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1345                 pmap->pm_pml4 =
1346                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1347         }
1348
1349         /*
1350          * Allocate an object for the ptes
1351          */
1352         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1353                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I + 1);
1354
1355         /*
1356          * Allocate the page directory page, unless we already have
1357          * one cached.  If we used the cached page the wire_count will
1358          * already be set appropriately.
1359          */
1360         if ((ptdpg = pmap->pm_pdirm) == NULL) {
1361                 ptdpg = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I,
1362                                      VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1363                 pmap->pm_pdirm = ptdpg;
1364                 vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY);
1365                 ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1366                 if (ptdpg->wire_count == 0)
1367                         ++vmstats.v_wire_count;
1368                 ptdpg->wire_count = 1;
1369                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1370         }
1371         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1372                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1373 #ifdef PMAP_DEBUG
1374         else
1375                 pmap_page_assertzero(VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1376 #endif
1377
1378         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1379         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1380
1381         /* install self-referential address mapping entry */
1382         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1383
1384         pmap->pm_count = 1;
1385         pmap->pm_active = 0;
1386         pmap->pm_ptphint = NULL;
1387         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1388         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1389         pmap->pm_stats.resident_count = 1;
1390 }
1391
1392 /*
1393  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1394  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1395  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1396  * of cleanup work to do here.
1397  */
1398 void
1399 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1400 {
1401         vm_page_t p;
1402
1403         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1404         lwkt_gettoken(&vm_token);
1405         if ((p = pmap->pm_pdirm) != NULL) {
1406                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != NULL);
1407                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1408                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1409                 p->wire_count--;
1410                 vmstats.v_wire_count--;
1411                 KKASSERT((p->flags & PG_BUSY) == 0);
1412                 vm_page_busy(p);
1413                 vm_page_free_zero(p);
1414                 pmap->pm_pdirm = NULL;
1415         }
1416         if (pmap->pm_pml4) {
1417                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1418                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1419                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1420         }
1421         if (pmap->pm_pteobj) {
1422                 vm_object_deallocate(pmap->pm_pteobj);
1423                 pmap->pm_pteobj = NULL;
1424         }
1425         lwkt_reltoken(&vm_token);
1426 }
1427
1428 /*
1429  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1430  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1431  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1432  * then copies the template.
1433  */
1434 void
1435 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1436 {
1437         crit_enter();
1438         lwkt_gettoken(&vm_token);
1439         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1440         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1441         lwkt_reltoken(&vm_token);
1442         crit_exit();
1443 }
1444
1445 /*
1446  * Attempt to release and free a vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1447  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1448  *
1449  * When asked to remove the page directory page itself, we actually just
1450  * leave it cached so we do not have to incur the SMP inval overhead of
1451  * removing the kernel mapping.  pmap_puninit() will take care of it.
1452  */
1453 static
1454 int
1455 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1456 {
1457         /*
1458          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1459          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1460          * might as well be placed directly into the zero queue.
1461          */
1462         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1463                 return 0;
1464
1465         vm_page_busy(p);
1466
1467         /*
1468          * Remove the page table page from the processes address space.
1469          */
1470         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1471                 /*
1472                  * We are the pml4 table itself.
1473                  */
1474                 /* XXX anything to do here? */
1475         } else if (p->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1476                 /*
1477                  * Remove a PDP page from the PML4.  We do not maintain
1478                  * hold counts on the PML4 page.
1479                  */
1480                 pml4_entry_t *pml4;
1481                 vm_page_t m4;
1482                 int idx;
1483
1484                 m4 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I);
1485                 KKASSERT(m4 != NULL);
1486                 pml4 = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m4));
1487                 idx = (p->pindex - (NUPDE + NUPDPE)) % NPML4EPG;
1488                 KKASSERT(pml4[idx] != 0);
1489                 pml4[idx] = 0;
1490         } else if (p->pindex >= NUPDE) {
1491                 /*
1492                  * Remove a PD page from the PDP and drop the hold count
1493                  * on the PDP.  The PDP is left cached in the pmap if
1494                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1495                  * intact.
1496                  */
1497                 vm_page_t m3;
1498                 pdp_entry_t *pdp;
1499                 int idx;
1500
1501                 m3 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1502                                 NUPDE + NUPDPE + (p->pindex - NUPDE) / NPDPEPG);
1503                 KKASSERT(m3 != NULL);
1504                 pdp = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m3));
1505                 idx = (p->pindex - NUPDE) % NPDPEPG;
1506                 KKASSERT(pdp[idx] != 0);
1507                 pdp[idx] = 0;
1508                 m3->hold_count--;
1509         } else {
1510                 /*
1511                  * Remove a PT page from the PD and drop the hold count
1512                  * on the PD.  The PD is left cached in the pmap if
1513                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1514                  * intact.
1515                  */
1516                 vm_page_t m2;
1517                 pd_entry_t *pd;
1518                 int idx;
1519
1520                 m2 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1521                                     NUPDE + p->pindex / NPDEPG);
1522                 KKASSERT(m2 != NULL);
1523                 pd = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m2));
1524                 idx = p->pindex % NPDEPG;
1525                 pd[idx] = 0;
1526                 m2->hold_count--;
1527         }
1528
1529         /*
1530          * One fewer mappings in the pmap.  p's hold count had better
1531          * be zero.
1532          */
1533         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1534         --pmap->pm_stats.resident_count;
1535         if (p->hold_count)
1536                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1537         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1538                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1539
1540         /*
1541          * We leave the top-level page table page cached, wired, and mapped in
1542          * the pmap until the dtor function (pmap_puninit()) gets called.
1543          * However, still clean it up so we can set PG_ZERO.
1544          */
1545         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1546                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1547                 vm_page_flag_set(p, PG_ZERO);
1548                 vm_page_wakeup(p);
1549         } else {
1550                 p->wire_count--;
1551                 KKASSERT(p->wire_count == 0);
1552                 vmstats.v_wire_count--;
1553                 /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1554                 vm_page_free(p);
1555         }
1556         return 1;
1557 }
1558
1559 /*
1560  * This routine is called when various levels in the page table need to
1561  * be populated.  This routine cannot fail.
1562  */
1563 static
1564 vm_page_t
1565 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex)
1566 {
1567         vm_page_t m;
1568
1569         /*
1570          * Find or fabricate a new pagetable page.  This will busy the page.
1571          */
1572         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1573                          VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1574         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1575                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1576         }
1577 #ifdef PMAP_DEBUG
1578         else {
1579                 pmap_page_assertzero(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1580         }
1581 #endif
1582
1583         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1584                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1585
1586         /*
1587          * Increment the hold count for the page we will be returning to
1588          * the caller.
1589          */
1590         m->hold_count++;
1591         if (m->wire_count++ == 0)
1592                 vmstats.v_wire_count++;
1593         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1594         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1595
1596         /*
1597          * Map the pagetable page into the process address space, if
1598          * it isn't already there.
1599          *
1600          * It is possible that someone else got in and mapped the page
1601          * directory page while we were blocked, if so just unbusy and
1602          * return the held page.
1603          */
1604         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1605                 /*
1606                  * Wire up a new PDP page in the PML4
1607                  */
1608                 vm_pindex_t pml4index;
1609                 pml4_entry_t *pml4;
1610
1611                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1612                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1613                 if (*pml4 & PG_V) {
1614                         if (--m->wire_count == 0)
1615                                 --vmstats.v_wire_count;
1616                         vm_page_wakeup(m);
1617                         return(m);
1618                 }
1619                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1620         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1621                 /*
1622                  * Wire up a new PD page in the PDP
1623                  */
1624                 vm_pindex_t pml4index;
1625                 vm_pindex_t pdpindex;
1626                 vm_page_t pdppg;
1627                 pml4_entry_t *pml4;
1628                 pdp_entry_t *pdp;
1629
1630                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1631                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1632
1633                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1634                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1635                         /*
1636                          * Have to allocate a new PDP page, recurse.
1637                          * This always succeeds.  Returned page will
1638                          * be held.
1639                          */
1640                         pdppg = _pmap_allocpte(pmap,
1641                                                NUPDE + NUPDPE + pml4index);
1642                 } else {
1643                         /*
1644                          * Add a held reference to the PDP page.
1645                          */
1646                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1647                         pdppg->hold_count++;
1648                 }
1649
1650                 /*
1651                  * Now find the pdp_entry and map the PDP.  If the PDP
1652                  * has already been mapped unwind and return the
1653                  * already-mapped PDP held.
1654                  *
1655                  * pdppg is left held (hold_count is incremented for
1656                  * each PD in the PDP).
1657                  */
1658                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1659                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1660                 if (*pdp & PG_V) {
1661                         vm_page_unhold(pdppg);
1662                         if (--m->wire_count == 0)
1663                                 --vmstats.v_wire_count;
1664                         vm_page_wakeup(m);
1665                         return(m);
1666                 }
1667                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1668         } else {
1669                 /*
1670                  * Wire up the new PT page in the PD
1671                  */
1672                 vm_pindex_t pml4index;
1673                 vm_pindex_t pdpindex;
1674                 pml4_entry_t *pml4;
1675                 pdp_entry_t *pdp;
1676                 pd_entry_t *pd;
1677                 vm_page_t pdpg;
1678
1679                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1680                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1681
1682                 /*
1683                  * Locate the PDP page in the PML4, then the PD page in
1684                  * the PDP.  If either does not exist we simply recurse
1685                  * to allocate them.
1686                  *
1687                  * We can just recurse on the PD page as it will recurse
1688                  * on the PDP if necessary.
1689                  */
1690                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1691                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1692                         pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1693                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1694                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1695                 } else {
1696                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1697                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1698                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1699                                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1700                         } else {
1701                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1702                                 pdpg->hold_count++;
1703                         }
1704                 }
1705
1706                 /*
1707                  * Now fill in the pte in the PD.  If the pte already exists
1708                  * (again, if we raced the grab), unhold pdpg and unwire
1709                  * m, returning a held m.
1710                  *
1711                  * pdpg is left held (hold_count is incremented for
1712                  * each PT in the PD).
1713                  */
1714                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1715                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1716                 if (*pd != 0) {
1717                         vm_page_unhold(pdpg);
1718                         if (--m->wire_count == 0)
1719                                 --vmstats.v_wire_count;
1720                         vm_page_wakeup(m);
1721                         return(m);
1722                 }
1723                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1724         }
1725
1726         /*
1727          * We successfully loaded a PDP, PD, or PTE.  Set the page table hint,
1728          * valid bits, mapped flag, unbusy, and we're done.
1729          */
1730         pmap->pm_ptphint = m;
1731         ++pmap->pm_stats.resident_count;
1732
1733 #if 0
1734         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1735         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1736 #endif
1737         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1738         vm_page_wakeup(m);
1739
1740         return (m);
1741 }
1742
1743 static
1744 vm_page_t
1745 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1746 {
1747         vm_pindex_t ptepindex;
1748         pd_entry_t *pd;
1749         vm_page_t m;
1750
1751         /*
1752          * Calculate pagetable page index
1753          */
1754         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1755
1756         /*
1757          * Get the page directory entry
1758          */
1759         pd = pmap_pde(pmap, va);
1760
1761         /*
1762          * This supports switching from a 2MB page to a
1763          * normal 4K page.
1764          */
1765         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1766                 panic("no promotion/demotion yet");
1767                 *pd = 0;
1768                 pd = NULL;
1769                 cpu_invltlb();
1770                 smp_invltlb();
1771         }
1772
1773         /*
1774          * If the page table page is mapped, we just increment the
1775          * hold count, and activate it.
1776          */
1777         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1778                 /* YYY hint is used here on i386 */
1779                 m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1780                 pmap->pm_ptphint = m;
1781                 m->hold_count++;
1782                 return m;
1783         }
1784         /*
1785          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1786          */
1787         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1788 }
1789
1790
1791 /***************************************************
1792  * Pmap allocation/deallocation routines.
1793  ***************************************************/
1794
1795 /*
1796  * Release any resources held by the given physical map.
1797  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1798  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1799  */
1800 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1801
1802 void
1803 pmap_release(struct pmap *pmap)
1804 {
1805         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1806         struct rb_vm_page_scan_info info;
1807
1808         KASSERT(pmap->pm_active == 0,
1809                 ("pmap still active! %016jx", (uintmax_t)pmap->pm_active));
1810 #if defined(DIAGNOSTIC)
1811         if (object->ref_count != 1)
1812                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1813 #endif
1814         
1815         info.pmap = pmap;
1816         info.object = object;
1817         crit_enter();
1818         lwkt_gettoken(&vm_token);
1819         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1820         crit_exit();
1821
1822         do {
1823                 crit_enter();
1824                 info.error = 0;
1825                 info.mpte = NULL;
1826                 info.limit = object->generation;
1827
1828                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1829                                         pmap_release_callback, &info);
1830                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1831                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1832                                 info.error = 1;
1833                 }
1834                 crit_exit();
1835         } while (info.error);
1836         lwkt_reltoken(&vm_token);
1837 }
1838
1839 static
1840 int
1841 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1842 {
1843         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1844
1845         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1846                 info->mpte = p;
1847                 return(0);
1848         }
1849         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1850                 info->error = 1;
1851                 return(-1);
1852         }
1853         if (info->object->generation != info->limit) {
1854                 info->error = 1;
1855                 return(-1);
1856         }
1857         return(0);
1858 }
1859
1860 /*
1861  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1862  *
1863  * This routine is always called to validate any address space
1864  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
1865  * space below KERNBASE.
1866  */
1867 void
1868 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
1869 {
1870         vm_paddr_t paddr;
1871         vm_offset_t ptppaddr;
1872         vm_page_t nkpg;
1873         pd_entry_t *pde, newpdir;
1874         pdp_entry_t newpdp;
1875         int update_kernel_vm_end;
1876
1877         crit_enter();
1878         lwkt_gettoken(&vm_token);
1879
1880         /*
1881          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
1882          */
1883         if (kernel_vm_end == 0) {
1884                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1885                 nkpt = 0;
1886                 while ((*pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1887                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1888                                         ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1889                         nkpt++;
1890                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1891                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1892                                 break;                       
1893                         }
1894                 }
1895         }
1896
1897         /*
1898          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
1899          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
1900          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
1901          */
1902         if (kstart < KERNBASE) {
1903                 if (kstart > kernel_vm_end)
1904                         kstart = kernel_vm_end;
1905                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
1906                 update_kernel_vm_end = 1;
1907         } else {
1908                 update_kernel_vm_end = 0;
1909         }
1910
1911         kstart = rounddown2(kstart, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1912         kend = roundup2(kend, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1913
1914         if (kend - 1 >= kernel_map.max_offset)
1915                 kend = kernel_map.max_offset;
1916
1917         while (kstart < kend) {
1918                 pde = pmap_pde(&kernel_pmap, kstart);
1919                 if (pde == NULL) {
1920                         /* We need a new PDP entry */
1921                         nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1922                                              VM_ALLOC_NORMAL |
1923                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
1924                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
1925                         if (nkpg == NULL) {
1926                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
1927                                       "kernel");
1928                         }
1929                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1930                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1931                                 pmap_zero_page(paddr);
1932                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1933                         newpdp = (pdp_entry_t)
1934                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1935                         *pmap_pdpe(&kernel_pmap, kstart) = newpdp;
1936                         nkpt++;
1937                         continue; /* try again */
1938                 }
1939                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1940                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1941                                  ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1942                         if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1943                                 kstart = kernel_map.max_offset;
1944                                 break;                       
1945                         }
1946                         continue;
1947                 }
1948
1949                 /*
1950                  * This index is bogus, but out of the way
1951                  */
1952                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1953                                      VM_ALLOC_NORMAL |
1954                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
1955                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
1956                 if (nkpg == NULL)
1957                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1958
1959                 vm_page_wire(nkpg);
1960                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1961                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1962                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1963                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1964                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kstart) = newpdir;
1965                 nkpt++;
1966
1967                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1968                           ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1969
1970                 if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1971                         kstart = kernel_map.max_offset;
1972                         break;                       
1973                 }
1974         }
1975
1976         /*
1977          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
1978          */
1979         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
1980                 kernel_vm_end = kstart;
1981
1982         lwkt_reltoken(&vm_token);
1983         crit_exit();
1984 }
1985
1986 /*
1987  *      Retire the given physical map from service.
1988  *      Should only be called if the map contains
1989  *      no valid mappings.
1990  */
1991 void
1992 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1993 {
1994         int count;
1995
1996         if (pmap == NULL)
1997                 return;
1998
1999         lwkt_gettoken(&vm_token);
2000         count = --pmap->pm_count;
2001         if (count == 0) {
2002                 pmap_release(pmap);
2003                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
2004         }
2005         lwkt_reltoken(&vm_token);
2006 }
2007
2008 /*
2009  *      Add a reference to the specified pmap.
2010  */
2011 void
2012 pmap_reference(pmap_t pmap)
2013 {
2014         if (pmap != NULL) {
2015                 lwkt_gettoken(&vm_token);
2016                 pmap->pm_count++;
2017                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2018         }
2019 }
2020
2021 /***************************************************
2022 * page management routines.
2023  ***************************************************/
2024
2025 /*
2026  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
2027  * called from an interrupt.
2028  */
2029 static __inline
2030 void
2031 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
2032 {
2033         pv_entry_count--;
2034         KKASSERT(pv_entry_count >= 0);
2035         zfree(pvzone, pv);
2036 }
2037
2038 /*
2039  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2040  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
2041  */
2042 static
2043 pv_entry_t
2044 get_pv_entry(void)
2045 {
2046         pv_entry_count++;
2047         if (pv_entry_high_water &&
2048                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
2049                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
2050                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
2051                 wakeup(&vm_pages_needed);
2052         }
2053         return zalloc(pvzone);
2054 }
2055
2056 /*
2057  * This routine is very drastic, but can save the system
2058  * in a pinch.
2059  */
2060 void
2061 pmap_collect(void)
2062 {
2063         int i;
2064         vm_page_t m;
2065         static int warningdone=0;
2066
2067         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
2068                 return;
2069         lwkt_gettoken(&vm_token);
2070         if (warningdone < 5) {
2071                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
2072                 warningdone++;
2073         }
2074
2075         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
2076                 m = &vm_page_array[i];
2077                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
2078                     (m->flags & PG_BUSY))
2079                         continue;
2080                 pmap_remove_all(m);
2081         }
2082         pmap_pagedaemon_waken = 0;
2083         lwkt_reltoken(&vm_token);
2084 }
2085         
2086
2087 /*
2088  * If it is the first entry on the list, it is actually
2089  * in the header and we must copy the following entry up
2090  * to the header.  Otherwise we must search the list for
2091  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
2092  */
2093 static
2094 int
2095 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
2096                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2097 {
2098         pv_entry_t pv;
2099         int rtval;
2100
2101         crit_enter();
2102         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
2103                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2104                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
2105                                 break;
2106                 }
2107         } else {
2108                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
2109                         if (va == pv->pv_va) 
2110                                 break;
2111                 }
2112         }
2113
2114         rtval = 0;
2115         KKASSERT(pv);
2116
2117         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2118         m->md.pv_list_count--;
2119         m->object->agg_pv_list_count--;
2120         KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2121         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2122                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2123         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2124         ++pmap->pm_generation;
2125         rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
2126         free_pv_entry(pv);
2127
2128         crit_exit();
2129         return rtval;
2130 }
2131
2132 /*
2133  * Create a pv entry for page at pa for
2134  * (pmap, va).
2135  */
2136 static
2137 void
2138 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
2139 {
2140         pv_entry_t pv;
2141
2142         crit_enter();
2143         pv = get_pv_entry();
2144         pv->pv_va = va;
2145         pv->pv_pmap = pmap;
2146         pv->pv_ptem = mpte;
2147
2148         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2149         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2150         ++pmap->pm_generation;
2151         m->md.pv_list_count++;
2152         m->object->agg_pv_list_count++;
2153
2154         crit_exit();
2155 }
2156
2157 /*
2158  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2159  */
2160 static
2161 int
2162 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2163         pmap_inval_info_t info)
2164 {
2165         pt_entry_t oldpte;
2166         vm_page_t m;
2167
2168         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2169         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2170         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2171         if (oldpte & PG_W)
2172                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2173         /*
2174          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2175          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
2176          * the SMP case.
2177          */
2178         if (oldpte & PG_G)
2179                 cpu_invlpg((void *)va);
2180         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2181         --pmap->pm_stats.resident_count;
2182         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2183                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
2184                 if (oldpte & PG_M) {
2185 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2186                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
2187                                 kprintf(
2188         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2189                                     va, oldpte);
2190                         }
2191 #endif
2192                         if (pmap_track_modified(va))
2193                                 vm_page_dirty(m);
2194                 }
2195                 if (oldpte & PG_A)
2196                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2197                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
2198         } else {
2199                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
2200         }
2201
2202         return 0;
2203 }
2204
2205 /*
2206  * pmap_remove_page:
2207  *
2208  *      Remove a single page from a process address space.
2209  *
2210  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2211  *      not kernel_pmap.
2212  */
2213 static
2214 void
2215 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2216 {
2217         pt_entry_t *pte;
2218
2219         pte = pmap_pte(pmap, va);
2220         if (pte == NULL)
2221                 return;
2222         if ((*pte & PG_V) == 0)
2223                 return;
2224         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, info);
2225 }
2226
2227 /*
2228  * pmap_remove:
2229  *
2230  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2231  *
2232  *      It is assumed that the start and end are properly
2233  *      rounded to the page size.
2234  *
2235  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2236  *      not kernel_pmap.
2237  */
2238 void
2239 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2240 {
2241         vm_offset_t va_next;
2242         pml4_entry_t *pml4e;
2243         pdp_entry_t *pdpe;
2244         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2245         pt_entry_t *pte;
2246         struct pmap_inval_info info;
2247
2248         if (pmap == NULL)
2249                 return;
2250
2251         lwkt_gettoken(&vm_token);
2252         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
2253                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2254                 return;
2255         }
2256
2257         pmap_inval_init(&info);
2258
2259         /*
2260          * special handling of removing one page.  a very
2261          * common operation and easy to short circuit some
2262          * code.
2263          */
2264         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2265                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2266                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2267                         pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
2268                         pmap_inval_done(&info);
2269                         lwkt_reltoken(&vm_token);
2270                         return;
2271                 }
2272         }
2273
2274         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2275                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2276                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2277                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2278                         if (va_next < sva)
2279                                 va_next = eva;
2280                         continue;
2281                 }
2282
2283                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2284                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2285                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2286                         if (va_next < sva)
2287                                 va_next = eva;
2288                         continue;
2289                 }
2290
2291                 /*
2292                  * Calculate index for next page table.
2293                  */
2294                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2295                 if (va_next < sva)
2296                         va_next = eva;
2297
2298                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2299                 ptpaddr = *pde;
2300
2301                 /*
2302                  * Weed out invalid mappings.
2303                  */
2304                 if (ptpaddr == 0)
2305                         continue;
2306
2307                 /*
2308                  * Check for large page.
2309                  */
2310                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2311                         /* JG FreeBSD has more complex treatment here */
2312                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2313                         *pde = 0;
2314                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2315                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2316                         continue;
2317                 }
2318
2319                 /*
2320                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2321                  * by the current page table page, or to the end of the
2322                  * range being removed.
2323                  */
2324                 if (va_next > eva)
2325                         va_next = eva;
2326
2327                 /*
2328                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
2329                  */
2330                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2331                     sva += PAGE_SIZE) {
2332                         if (*pte == 0)
2333                                 continue;
2334                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &info))
2335                                 break;
2336                 }
2337         }
2338         pmap_inval_done(&info);
2339         lwkt_reltoken(&vm_token);
2340 }
2341
2342 /*
2343  * pmap_remove_all:
2344  *
2345  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2346  *      Reflects back modify bits to the pager.
2347  *
2348  *      This routine may not be called from an interrupt.
2349  */
2350
2351 static
2352 void
2353 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2354 {
2355         struct pmap_inval_info info;
2356         pt_entry_t *pte, tpte;
2357         pv_entry_t pv;
2358
2359         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2360                 return;
2361
2362         lwkt_gettoken(&vm_token);
2363         pmap_inval_init(&info);
2364         crit_enter();
2365         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2366                 KKASSERT(pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2367                 --pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count;
2368
2369                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2370                 pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2371                 tpte = pte_load_clear(pte);
2372                 if (tpte & PG_W)
2373                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
2374                 pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
2375                 if (tpte & PG_A)
2376                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2377
2378                 /*
2379                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2380                  */
2381                 if (tpte & PG_M) {
2382 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2383                         if (pmap_nw_modified(tpte)) {
2384                                 kprintf(
2385         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2386                                     pv->pv_va, tpte);
2387                         }
2388 #endif
2389                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
2390                                 vm_page_dirty(m);
2391                 }
2392                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2393                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2394                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
2395                 m->md.pv_list_count--;
2396                 m->object->agg_pv_list_count--;
2397                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2398                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2399                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2400                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2401                 free_pv_entry(pv);
2402         }
2403         crit_exit();
2404         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2405         pmap_inval_done(&info);
2406         lwkt_reltoken(&vm_token);
2407 }
2408
2409 /*
2410  * pmap_protect:
2411  *
2412  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2413  *      as requested.
2414  *
2415  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2416  *      not the kernel_pmap.
2417  */
2418 void
2419 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2420 {
2421         vm_offset_t va_next;
2422         pml4_entry_t *pml4e;
2423         pdp_entry_t *pdpe;
2424         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2425         pt_entry_t *pte;
2426         pmap_inval_info info;
2427
2428         /* JG review for NX */
2429
2430         if (pmap == NULL)
2431                 return;
2432
2433         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2434                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2435                 return;
2436         }
2437
2438         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2439                 return;
2440
2441         lwkt_gettoken(&vm_token);
2442         pmap_inval_init(&info);
2443
2444         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2445
2446                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2447                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2448                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2449                         if (va_next < sva)
2450                                 va_next = eva;
2451                         continue;
2452                 }
2453
2454                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2455                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2456                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2457                         if (va_next < sva)
2458                                 va_next = eva;
2459                         continue;
2460                 }
2461
2462                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2463                 if (va_next < sva)
2464                         va_next = eva;
2465
2466                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2467                 ptpaddr = *pde;
2468
2469                 /*
2470                  * Check for large page.
2471                  */
2472                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2473                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2474                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
2475                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2476                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2477                         continue;
2478                 }
2479
2480                 /*
2481                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2482                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2483                  */
2484                 if (ptpaddr == 0)
2485                         continue;
2486
2487                 if (va_next > eva)
2488                         va_next = eva;
2489
2490                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2491                      sva += PAGE_SIZE) {
2492                         pt_entry_t pbits;
2493                         pt_entry_t cbits;
2494                         vm_page_t m;
2495
2496                         /*
2497                          * XXX non-optimal.
2498                          */
2499                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, sva);
2500 again:
2501                         pbits = *pte;
2502                         cbits = pbits;
2503                         if ((pbits & PG_V) == 0) {
2504                                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2505                                 continue;
2506                         }
2507                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2508                                 m = NULL;
2509                                 if (pbits & PG_A) {
2510                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2511                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2512                                         cbits &= ~PG_A;
2513                                 }
2514                                 if (pbits & PG_M) {
2515                                         if (pmap_track_modified(sva)) {
2516                                                 if (m == NULL)
2517                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2518                                                 vm_page_dirty(m);
2519                                                 cbits &= ~PG_M;
2520                                         }
2521                                 }
2522                         }
2523                         cbits &= ~PG_RW;
2524                         if (pbits != cbits &&
2525                             !atomic_cmpset_long(pte, pbits, cbits)) {
2526                                 goto again;
2527                         }
2528                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2529                 }
2530         }
2531         pmap_inval_done(&info);
2532         lwkt_reltoken(&vm_token);
2533 }
2534
2535 /*
2536  *      Insert the given physical page (p) at
2537  *      the specified virtual address (v) in the
2538  *      target physical map with the protection requested.
2539  *
2540  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2541  *      that the related pte can not be reclaimed.
2542  *
2543  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2544  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2545  *      insert this page into the given map NOW.
2546  */
2547 void
2548 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2549            boolean_t wired)
2550 {
2551         vm_paddr_t pa;
2552         pd_entry_t *pde;
2553         pt_entry_t *pte;
2554         vm_paddr_t opa;
2555         pt_entry_t origpte, newpte;
2556         vm_page_t mpte;
2557         pmap_inval_info info;
2558
2559         if (pmap == NULL)
2560                 return;
2561
2562         va = trunc_page(va);
2563 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
2564         if (va >= KvaEnd)
2565                 panic("pmap_enter: toobig");
2566         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
2567                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
2568 #endif
2569         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2570                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
2571 #ifdef DDB
2572                 db_print_backtrace();
2573 #endif
2574         }
2575         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2576                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
2577 #ifdef DDB
2578                 db_print_backtrace();
2579 #endif
2580         }
2581
2582         lwkt_gettoken(&vm_token);
2583
2584         /*
2585          * In the case that a page table page is not
2586          * resident, we are creating it here.
2587          */
2588         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2589                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
2590         else
2591                 mpte = NULL;
2592
2593         pmap_inval_init(&info);
2594         pde = pmap_pde(pmap, va);
2595         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2596                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2597                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2598                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2599         } else
2600                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2601
2602         KKASSERT(pte != NULL);
2603         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2604         origpte = *pte;
2605         opa = origpte & PG_FRAME;
2606
2607         /*
2608          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2609          */
2610         if (origpte && (opa == pa)) {
2611                 /*
2612                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2613                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2614                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2615                  * the PT page will be also.
2616                  */
2617                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2618                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2619                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2620                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2621
2622 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2623                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
2624                         kprintf(
2625         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2626                             va, origpte);
2627                 }
2628 #endif
2629
2630                 /*
2631                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
2632                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
2633                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
2634                  * bits below.
2635                  */
2636                 if (mpte)
2637                         mpte->hold_count--;
2638
2639                 /*
2640                  * We might be turning off write access to the page,
2641                  * so we go ahead and sense modify status.
2642                  */
2643                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2644                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2645                                 vm_page_t om;
2646                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2647                                 vm_page_dirty(om);
2648                         }
2649                         pa |= PG_MANAGED;
2650                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
2651                 }
2652                 goto validate;
2653         } 
2654         /*
2655          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2656          * handle validating new mapping.
2657          */
2658         while (opa) {
2659                 int err;
2660                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2661                 if (err)
2662                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%lx", va);
2663                 origpte = *pte;
2664                 opa = origpte & PG_FRAME;
2665                 if (opa) {
2666                         kprintf("pmap_enter: Warning, raced pmap %p va %p\n",
2667                                 pmap, (void *)va);
2668                 }
2669         }
2670
2671         /*
2672          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2673          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2674          * called at interrupt time.
2675          */
2676         if (pmap_initialized && 
2677             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2678                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2679                 pa |= PG_MANAGED;
2680                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2681         }
2682
2683         /*
2684          * Increment counters
2685          */
2686         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2687         if (wired)
2688                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2689
2690 validate:
2691         /*
2692          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2693          */
2694         newpte = (pt_entry_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2695
2696         if (wired)
2697                 newpte |= PG_W;
2698         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2699                 newpte |= PG_U;
2700         if (pmap == &kernel_pmap)
2701                 newpte |= pgeflag;
2702
2703         /*
2704          * if the mapping or permission bits are different, we need
2705          * to update the pte.
2706          */
2707         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2708                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
2709                 *pte = newpte | PG_A;
2710                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2711                 if (newpte & PG_RW)
2712                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
2713         }
2714         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
2715         pmap_inval_done(&info);
2716         lwkt_reltoken(&vm_token);
2717 }
2718
2719 /*
2720  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
2721  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
2722  * VA.
2723  *
2724  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
2725  */
2726 void
2727 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2728 {
2729         pt_entry_t *pte;
2730         vm_paddr_t pa;
2731         vm_page_t mpte;
2732         vm_pindex_t ptepindex;
2733         pd_entry_t *ptepa;
2734         pmap_inval_info info;
2735
2736         lwkt_gettoken(&vm_token);
2737         pmap_inval_init(&info);
2738
2739         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2740                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2741 #ifdef DDB
2742                 db_print_backtrace();
2743 #endif
2744         }
2745         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2746                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2747 #ifdef DDB
2748                 db_print_backtrace();
2749 #endif
2750         }
2751
2752         KKASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS); /* assert used on user pmaps only */
2753
2754         /*
2755          * Calculate the page table page (mpte), allocating it if necessary.
2756          *
2757          * A held page table page (mpte), or NULL, is passed onto the
2758          * section following.
2759          */
2760         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2761                 /*
2762                  * Calculate pagetable page index
2763                  */
2764                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2765
2766                 do {
2767                         /*
2768                          * Get the page directory entry
2769                          */
2770                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2771
2772                         /*
2773                          * If the page table page is mapped, we just increment
2774                          * the hold count, and activate it.
2775                          */
2776                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2777                                 if (*ptepa & PG_PS)
2778                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2779 //                              if (pmap->pm_ptphint &&
2780 //                                  (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2781 //                                      mpte = pmap->pm_ptphint;
2782 //                              } else {
2783                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2784                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2785 //                              }
2786                                 if (mpte)
2787                                         mpte->hold_count++;
2788                         } else {
2789                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2790                         }
2791                 } while (mpte == NULL);
2792         } else {
2793                 mpte = NULL;
2794                 /* this code path is not yet used */
2795         }
2796
2797         /*
2798          * With a valid (and held) page directory page, we can just use
2799          * vtopte() to get to the pte.  If the pte is already present
2800          * we do not disturb it.
2801          */
2802         pte = vtopte(va);
2803         if (*pte & PG_V) {
2804                 if (mpte)
2805                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &info);
2806                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2807                 KKASSERT(((*pte ^ pa) & PG_FRAME) == 0);
2808                 pmap_inval_done(&info);
2809                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2810                 return;
2811         }
2812
2813         /*
2814          * Enter on the PV list if part of our managed memory
2815          */
2816         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2817                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2818                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2819         }
2820
2821         /*
2822          * Increment counters
2823          */
2824         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2825
2826         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2827
2828         /*
2829          * Now validate mapping with RO protection
2830          */
2831         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2832                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2833         else
2834                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2835 /*      pmap_inval_add(&info, pmap, va); shouldn't be needed inval->valid */
2836         pmap_inval_done(&info);
2837         lwkt_reltoken(&vm_token);
2838 }
2839
2840 /*
2841  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2842  * to be used for panic dumps.
2843  *
2844  * The caller is responsible for calling smp_invltlb().
2845  */
2846 void *
2847 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
2848 {
2849         pmap_kenter_quick((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2850         return ((void *)crashdumpmap);
2851 }
2852
2853 #define MAX_INIT_PT (96)
2854
2855 /*
2856  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2857  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2858  * immediately after an mmap.
2859  */
2860 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2861
2862 void
2863 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2864                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2865                     vm_size_t size, int limit)
2866 {
2867         struct rb_vm_page_scan_info info;
2868         struct lwp *lp;
2869         vm_size_t psize;
2870
2871         /*
2872          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2873          * or object.
2874          */
2875         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2876                 return;
2877
2878         /*
2879          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2880          */
2881         lp = curthread->td_lwp;
2882         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
2883                 return;
2884
2885         psize = x86_64_btop(size);
2886
2887         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2888                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2889                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2890                 return;
2891         }
2892
2893         if (psize + pindex > object->size) {
2894                 if (object->size < pindex)
2895                         return;           
2896                 psize = object->size - pindex;
2897         }
2898
2899         if (psize == 0)
2900                 return;
2901
2902         /*
2903          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2904          * any valid pages found into the pmap.
2905          *
2906          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2907          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2908          */
2909         info.start_pindex = pindex;
2910         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2911         info.limit = limit;
2912         info.mpte = NULL;
2913         info.addr = addr;
2914         info.pmap = pmap;
2915
2916         crit_enter();
2917         lwkt_gettoken(&vm_token);
2918         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2919                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2920         lwkt_reltoken(&vm_token);
2921         crit_exit();
2922 }
2923
2924 static
2925 int
2926 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2927 {
2928         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2929         vm_pindex_t rel_index;
2930         /*
2931          * don't allow an madvise to blow away our really
2932          * free pages allocating pv entries.
2933          */
2934         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2935                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2936                     return(-1);
2937         }
2938         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2939             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2940                 vm_page_busy(p);
2941                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2942                         vm_page_deactivate(p);
2943                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2944                 pmap_enter_quick(info->pmap,
2945                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
2946                 vm_page_wakeup(p);
2947         }
2948         return(0);
2949 }
2950
2951 /*
2952  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially
2953  * pre-fault the specified address.
2954  *
2955  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a
2956  * pte is already loaded into the slot.
2957  */
2958 int
2959 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
2960 {
2961         pt_entry_t *pte;
2962         pd_entry_t *pde;
2963         int ret;
2964
2965         lwkt_gettoken(&vm_token);
2966         pde = pmap_pde(pmap, addr);
2967         if (pde == NULL || *pde == 0) {
2968                 ret = 0;
2969         } else {
2970                 pte = vtopte(addr);
2971                 ret = (*pte) ? 0 : 1;
2972         }
2973         lwkt_reltoken(&vm_token);
2974         return(ret);
2975 }
2976
2977 /*
2978  *      Routine:        pmap_change_wiring
2979  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2980  *                      pair.
2981  *      In/out conditions:
2982  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2983  */
2984 void
2985 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2986 {
2987         pt_entry_t *pte;
2988
2989         if (pmap == NULL)
2990                 return;
2991
2992         lwkt_gettoken(&vm_token);
2993         pte = pmap_pte(pmap, va);
2994
2995         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2996                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2997         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2998                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2999
3000         /*
3001          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3002          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
3003          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
3004          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
3005          * wiring changes.
3006          */
3007 #ifdef SMP
3008         if (wired)
3009                 atomic_set_long(pte, PG_W);
3010         else
3011                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
3012 #else
3013         if (wired)
3014                 atomic_set_long_nonlocked(pte, PG_W);
3015         else
3016                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_W);
3017 #endif
3018         lwkt_reltoken(&vm_token);
3019 }
3020
3021
3022
3023 /*
3024  *      Copy the range specified by src_addr/len
3025  *      from the source map to the range dst_addr/len
3026  *      in the destination map.
3027  *
3028  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3029  */
3030 void
3031 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
3032           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
3033 {
3034         return;
3035 #if 0
3036         pmap_inval_info info;
3037         vm_offset_t addr;
3038         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3039         vm_offset_t pdnxt;
3040         pd_entry_t src_frame, dst_frame;
3041         vm_page_t m;
3042
3043         if (dst_addr != src_addr)
3044                 return;
3045 #if JGPMAP32
3046         src_frame = src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
3047         if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME)) {
3048                 return;
3049         }
3050
3051         dst_frame = dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
3052         if (dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)) {
3053                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
3054                 /* The page directory is not shared between CPUs */
3055                 cpu_invltlb();
3056         }
3057 #endif
3058         pmap_inval_init(&info);
3059         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
3060         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
3061
3062         /*
3063          * critical section protection is required to maintain the page/object
3064          * association, interrupts can free pages and remove them from 
3065          * their objects.
3066          */
3067         crit_enter();
3068         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
3069                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3070                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
3071                 vm_offset_t srcptepaddr;
3072                 vm_pindex_t ptepindex;
3073
3074                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
3075                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
3076
3077                 /*
3078                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
3079                  * way below the low water mark of free pages or way
3080                  * above high water mark of used pv entries.
3081                  */
3082                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
3083                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
3084                         break;
3085                 
3086                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
3087                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
3088
3089 #if JGPMAP32
3090                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
3091 #endif
3092                 if (srcptepaddr == 0)
3093                         continue;
3094                         
3095                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3096 #if JGPMAP32
3097                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
3098                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
3099                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3100                         }
3101 #endif
3102                         continue;
3103                 }
3104
3105                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
3106                 if ((srcmpte == NULL) || (srcmpte->hold_count == 0) ||
3107                     (srcmpte->flags & PG_BUSY)) {
3108                         continue;
3109                 }
3110
3111                 if (pdnxt > end_addr)
3112                         pdnxt = end_addr;
3113
3114                 src_pte = vtopte(addr);
3115 #if JGPMAP32
3116                 dst_pte = avtopte(addr);
3117 #endif
3118                 while (addr < pdnxt) {
3119                         pt_entry_t ptetemp;
3120
3121                         ptetemp = *src_pte;
3122                         /*
3123                          * we only virtual copy managed pages
3124                          */
3125                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3126                                 /*
3127                                  * We have to check after allocpte for the
3128                                  * pte still being around...  allocpte can
3129                                  * block.
3130                                  *
3131                                  * pmap_allocpte() can block.  If we lose
3132                                  * our page directory mappings we stop.
3133                                  */
3134                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
3135
3136 #if JGPMAP32
3137                                 if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME) ||
3138                                     dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)
3139                                 ) {
3140                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: detected and corrected race\n");
3141                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3142                                         goto failed;
3143                                 } else if ((*dst_pte == 0) &&
3144                                            (ptetemp = *src_pte) != 0 &&
3145                                            (ptetemp & PG_MANAGED)) {
3146                                         /*
3147                                          * Clear the modified and
3148                                          * accessed (referenced) bits
3149                                          * during the copy.
3150                                          */
3151                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
3152                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
3153                                         ++dst_pmap->pm_stats.resident_count;
3154                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
3155                                                 dstmpte, m);
3156                                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
3157                                 } else {
3158                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: dst_pte race detected and corrected\n");
3159                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3160                                         goto failed;
3161                                 }
3162 #endif
3163                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
3164                                         break;
3165                         }
3166                         addr += PAGE_SIZE;
3167                         src_pte++;
3168                         dst_pte++;
3169                 }
3170         }
3171 failed:
3172         crit_exit();
3173         pmap_inval_done(&info);
3174 #endif
3175 }       
3176
3177 /*
3178  * pmap_zero_page:
3179  *
3180  *      Zero the specified physical page.
3181  *
3182  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3183  *      required.
3184  */
3185 void
3186 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3187 {
3188         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3189
3190         pagezero((void *)va);
3191 }
3192
3193 /*
3194  * pmap_page_assertzero:
3195  *
3196  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3197  */
3198 void
3199 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3200 {
3201         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3202         size_t i;
3203
3204         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3205                 if (*(long *)((char *)va + i) != 0) {
3206                         panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n",
3207                               (void *)(intptr_t)va);
3208                 }
3209         }
3210 }
3211
3212 /*
3213  * pmap_zero_page:
3214  *
3215  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3216  *      its contents with bzero.
3217  *
3218  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3219  */
3220 void
3221 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3222 {
3223         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3224
3225         bzero((char *)virt + off, size);
3226 }
3227
3228 /*
3229  * pmap_copy_page:
3230  *
3231  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3232  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3233  *      is required.
3234  */
3235 void
3236 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3237 {
3238         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3239
3240         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3241         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3242         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3243 }
3244
3245 /*
3246  * pmap_copy_page_frag:
3247  *
3248  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3249  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3250  *      is required.
3251  */
3252 void
3253 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3254 {
3255         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3256
3257         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3258         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3259
3260         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3261               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3262               bytes);
3263 }
3264
3265 /*
3266  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3267  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3268  * be changed upwards or downwards in the future; it
3269  * is only necessary that true be returned for a small
3270  * subset of pmaps for proper page aging.
3271  */
3272 boolean_t
3273 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3274 {
3275         pv_entry_t pv;
3276         int loops = 0;
3277
3278         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3279                 return FALSE;
3280
3281         crit_enter();
3282         lwkt_gettoken(&vm_token);
3283
3284         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3285                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3286                         lwkt_reltoken(&vm_token);
3287                         crit_exit();
3288                         return TRUE;
3289                 }
3290                 loops++;
3291                 if (loops >= 16)
3292                         break;
3293         }
3294         lwkt_reltoken(&vm_token);
3295         crit_exit();
3296         return (FALSE);
3297 }
3298
3299 /*
3300  * Remove all pages from specified address space
3301  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3302  * is special cased for current process only, but
3303  * can have the more generic (and slightly slower)
3304  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3305  * in the case of running down an entire address space.
3306  */
3307 void
3308 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3309 {
3310         struct lwp *lp;
3311         pt_entry_t *pte, tpte;
3312         pv_entry_t pv, npv;
3313         vm_page_t m;
3314         pmap_inval_info info;
3315         int iscurrentpmap;
3316         int save_generation;
3317
3318         lp = curthread->td_lwp;
3319         if (lp && pmap == vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3320                 iscurrentpmap = 1;
3321         else
3322                 iscurrentpmap = 0;
3323
3324         lwkt_gettoken(&vm_token);
3325         pmap_inval_init(&info);
3326         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
3327                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
3328                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3329                         continue;
3330                 }
3331
3332                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
3333
3334                 if (iscurrentpmap)
3335                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3336                 else
3337                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3338                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, pv->pv_va);
3339
3340                 /*
3341                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
3342                  * at this time
3343                  */
3344                 if (*pte & PG_W) {
3345                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3346                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3347                         continue;
3348                 }
3349                 tpte = pte_load_clear(pte);
3350
3351                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3352
3353                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3354                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %lx", tpte));
3355
3356                 KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
3357                 --pmap->pm_stats.resident_count;
3358                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3359
3360                 /*
3361                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3362                  */
3363                 if (tpte & PG_M) {
3364                         vm_page_dirty(m);
3365                 }
3366
3367                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3368                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
3369                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
3370
3371                 m->md.pv_list_count--;
3372                 m->object->agg_pv_list_count--;
3373                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3374                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
3375                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3376
3377                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
3378                 free_pv_entry(pv);
3379
3380                 /*
3381                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
3382                  * calls and other removals were made.
3383                  */
3384                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
3385                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
3386                         npv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
3387                 }
3388         }
3389         pmap_inval_done(&info);
3390         lwkt_reltoken(&vm_token);
3391 }
3392
3393 /*
3394  * pmap_testbit tests bits in pte's
3395  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
3396  * and a lot of things compile-time evaluate.
3397  */
3398 static
3399 boolean_t
3400 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3401 {
3402         pv_entry_t pv;
3403         pt_entry_t *pte;
3404
3405         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3406                 return FALSE;
3407
3408         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3409                 return FALSE;
3410
3411         crit_enter();
3412
3413         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3414                 /*
3415                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3416                  * mark clean_map and ptes as never
3417                  * modified.
3418                  */
3419                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3420                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3421                                 continue;
3422                 }
3423
3424 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3425                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3426                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3427                         continue;
3428                 }
3429 #endif
3430                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3431                 if (*pte & bit) {
3432                         crit_exit();
3433                         return TRUE;
3434                 }
3435         }
3436         crit_exit();
3437         return (FALSE);
3438 }
3439
3440 /*
3441  * this routine is used to modify bits in ptes
3442  */
3443 static __inline
3444 void
3445 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3446 {
3447         struct pmap_inval_info info;
3448         pv_entry_t pv;
3449         pt_entry_t *pte;
3450         pt_entry_t pbits;
3451
3452         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3453                 return;
3454
3455         pmap_inval_init(&info);
3456
3457         /*
3458          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3459          * setting RO do we need to clear the VAC?
3460          */
3461         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3462                 /*
3463                  * don't write protect pager mappings
3464                  */
3465                 if (bit == PG_RW) {
3466                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3467                                 continue;
3468                 }
3469
3470 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3471                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3472                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3473                         continue;
3474                 }
3475 #endif
3476
3477                 /*
3478                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3479                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3480                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3481                  *
3482                  * We do not have to force synchronization when clearing
3483                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3484                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3485                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3486                  */
3487                 if (bit & PG_RW)
3488                         pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3489                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3490 again:
3491                 pbits = *pte;
3492                 if (pbits & bit) {
3493                         if (bit == PG_RW) {
3494                                 if (pbits & PG_M) {
3495                                         vm_page_dirty(m);
3496                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3497                                 } else {
3498                                         /*
3499                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3500                                          * simultaniously with our clearing
3501                                          * of PG_RW.
3502                                          */
3503                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3504                                                                pbits & ~PG_RW))
3505                                                 goto again;
3506                                 }
3507                         } else if (bit == PG_M) {
3508                                 /*
3509                                  * We could also clear PG_RW here to force
3510                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3511                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3512                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
3513                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3514                                  * virtual page tables.
3515                                  */
3516                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3517                         } else {
3518                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3519                         }
3520                 }
3521                 if (bit & PG_RW)
3522                         pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
3523         }
3524         pmap_inval_done(&info);
3525 }
3526
3527 /*
3528  *      pmap_page_protect:
3529  *
3530  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3531  */
3532 void
3533 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3534 {
3535         /* JG NX support? */
3536         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3537                 lwkt_gettoken(&vm_token);
3538                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3539                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3540                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3541                 } else {
3542                         pmap_remove_all(m);
3543                 }
3544                 lwkt_reltoken(&vm_token);
3545         }
3546 }
3547
3548 vm_paddr_t
3549 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3550 {
3551         return (x86_64_ptob(ppn));
3552 }
3553
3554 /*
3555  *      pmap_ts_referenced:
3556  *
3557  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3558  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3559  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3560  *      reference bits set.
3561  *
3562  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3563  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3564  *      optimal aging of shared pages.
3565  */
3566 int
3567 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3568 {
3569         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3570         pt_entry_t *pte;
3571         int rtval = 0;
3572
3573         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3574                 return (rtval);
3575
3576         crit_enter();
3577         lwkt_gettoken(&vm_token);
3578
3579         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3580
3581                 pvf = pv;
3582
3583                 do {
3584                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3585
3586                         crit_enter();
3587                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3588                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3589                         crit_exit();
3590
3591                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3592                                 continue;
3593
3594                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3595
3596                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3597 #ifdef SMP
3598                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
3599 #else
3600                                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3601 #endif
3602                                 rtval++;
3603                                 if (rtval > 4) {
3604                                         break;
3605                                 }
3606                         }
3607                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3608         }
3609         lwkt_reltoken(&vm_token);
3610         crit_exit();
3611
3612         return (rtval);
3613 }
3614
3615 /*
3616  *      pmap_is_modified:
3617  *
3618  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3619  *      in any physical maps.
3620  */
3621 boolean_t
3622 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3623 {
3624         boolean_t res;
3625
3626         lwkt_gettoken(&vm_token);
3627         res = pmap_testbit(m, PG_M);
3628         lwkt_reltoken(&vm_token);
3629         return (res);
3630 }
3631
3632 /*
3633  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3634  */
3635 void
3636 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3637 {
3638         lwkt_gettoken(&vm_token);
3639         pmap_clearbit(m, PG_M);
3640         lwkt_reltoken(&vm_token);
3641 }
3642
3643 /*
3644  *      pmap_clear_reference:
3645  *
3646  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3647  */
3648 void
3649 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3650 {
3651         lwkt_gettoken(&vm_token);
3652         pmap_clearbit(m, PG_A);
3653         lwkt_reltoken(&vm_token);
3654 }
3655
3656 /*
3657  * Miscellaneous support routines follow
3658  */
3659
3660 static
3661 void
3662 i386_protection_init(void)
3663 {
3664         int *kp, prot;
3665
3666         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3667         kp = protection_codes;
3668         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3669                 switch (prot) {
3670                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3671                         /*
3672                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3673                          * so just make it readable.
3674                          */
3675                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3676                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3677                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3678                         *kp++ = 0;
3679                         break;
3680                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3681                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3682                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3683                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3684                         *kp++ = PG_RW;
3685                         break;
3686                 }
3687         }
3688 }
3689
3690 /*
3691  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3692  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3693  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3694  * NOT real memory.
3695  *
3696  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3697  * a time.
3698  */
3699 void *
3700 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3701 {
3702         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3703         pt_entry_t *pte;
3704
3705         offset = pa & PAGE_MASK;
3706         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3707
3708         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3709         if (va == 0)
3710                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3711
3712         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3713         for (tmpva = va; size > 0;) {
3714                 pte = vtopte(tmpva);
3715                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3716                 size -= PAGE_SIZE;
3717                 tmpva += PAGE_SIZE;
3718                 pa += PAGE_SIZE;
3719         }
3720         cpu_invltlb();
3721         smp_invltlb();
3722
3723         return ((void *)(va + offset));
3724 }
3725
3726 void *
3727 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3728 {
3729         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3730         pt_entry_t *pte;
3731
3732         offset = pa & PAGE_MASK;
3733         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3734
3735         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3736         if (va == 0)
3737                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3738
3739         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3740         for (tmpva = va; size > 0;) {
3741                 pte = vtopte(tmpva);
3742                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | PG_N; /* | pgeflag; */
3743                 size -= PAGE_SIZE;
3744                 tmpva += PAGE_SIZE;
3745                 pa += PAGE_SIZE;
3746         }
3747         cpu_invltlb();
3748         smp_invltlb();
3749
3750         return ((void *)(va + offset));
3751 }
3752
3753 void
3754 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3755 {
3756         vm_offset_t base, offset;
3757
3758         base = va & ~PAGE_MASK;
3759         offset = va & PAGE_MASK;
3760         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3761         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3762         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3763 }
3764
3765 /*
3766  * perform the pmap work for mincore
3767  */
3768 int
3769 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3770 {
3771         pt_entry_t *ptep, pte;
3772         vm_page_t m;
3773         int val = 0;
3774         
3775         lwkt_gettoken(&vm_token);
3776         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3777
3778         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
3779                 vm_offset_t pa;
3780
3781                 val = MINCORE_INCORE;
3782                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3783                         goto done;
3784
3785                 pa = pte & PG_FRAME;
3786
3787                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3788
3789                 /*
3790                  * Modified by us
3791                  */
3792                 if (pte & PG_M)
3793                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3794                 /*
3795                  * Modified by someone
3796                  */
3797                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3798                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3799                 /*
3800                  * Referenced by us
3801                  */
3802                 if (pte & PG_A)
3803                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3804
3805                 /*
3806                  * Referenced by someone
3807                  */
3808                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3809                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3810                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3811                 }
3812         } 
3813 done:
3814         lwkt_reltoken(&vm_token);
3815         return val;
3816 }
3817
3818 /*
3819  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
3820  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
3821  *
3822  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
3823  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
3824  */
3825 void
3826 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
3827 {
3828         struct vmspace *oldvm;
3829         struct lwp *lp;
3830
3831         crit_enter();
3832         oldvm = p->p_vmspace;
3833         if (oldvm != newvm) {
3834                 p->p_vmspace = newvm;
3835                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
3836                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
3837                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
3838                 if (adjrefs) {
3839                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
3840                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
3841                 }
3842         }
3843         crit_exit();
3844 }
3845
3846 /*
3847  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
3848  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
3849  * on a per-lwp basis.
3850  */
3851 void
3852 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
3853 {
3854         struct vmspace *oldvm;
3855         struct pmap *pmap;
3856
3857         crit_enter();
3858         oldvm = lp->lwp_vmspace;
3859
3860         if (oldvm != newvm) {
3861                 lp->lwp_vmspace = newvm;
3862                 if (curthread->td_lwp == lp) {
3863                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
3864 #if defined(SMP)
3865                         atomic_set_cpumask(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3866                         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK)
3867                                 pmap_interlock_wait(newvm);
3868 #else
3869                         pmap->pm_active |= 1;
3870 #endif
3871 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3872                         tlb_flush_count++;
3873 #endif
3874                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3875                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
3876                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3877                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
3878 #if defined(SMP)
3879                         atomic_clear_cpumask(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3880 #else
3881                         pmap->pm_active &= ~(cpumask_t)1;
3882 #endif
3883                 }
3884         }
3885         crit_exit();
3886 }
3887
3888 #ifdef SMP
3889
3890 /*
3891  * Called when switching to a locked pmap
3892  */
3893 void
3894 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
3895 {
3896         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
3897
3898         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3899                 DEBUG_PUSH_INFO("pmap_interlock_wait");
3900                 while (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3901                         cpu_pause();
3902                         cpu_ccfence();
3903                         lwkt_process_ipiq();
3904                 }
3905                 DEBUG_POP_INFO();
3906         }
3907 }
3908
3909 #endif
3910
3911 vm_offset_t
3912 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3913 {
3914
3915         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3916                 return addr;
3917         }
3918
3919         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3920         return addr;
3921 }
3922
3923 /*
3924  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
3925  */
3926 vm_page_t
3927 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
3928 {
3929         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*vtopte(va) & PG_FRAME));
3930 }