e01e676947c0095dcbd26e4448f2dc8036ccf16a
[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  * Copyright (c) 2011 Matthew Dillon
12  * All rights reserved.
13  *
14  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
15  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
16  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
17  *
18  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
19  * modification, are permitted provided that the following conditions
20  * are met:
21  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
22  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
23  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
24  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
25  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
26  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
27  *    must display the following acknowledgement:
28  *      This product includes software developed by the University of
29  *      California, Berkeley and its contributors.
30  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
31  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
32  *    without specific prior written permission.
33  *
34  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
35  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
36  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
37  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
38  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
39  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
40  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
41  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
42  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
43  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
44  * SUCH DAMAGE.
45  *
46  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
47  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
48  */
49
50 /*
51  *      Manages physical address maps.
52  *
53  *      In addition to hardware address maps, this
54  *      module is called upon to provide software-use-only
55  *      maps which may or may not be stored in the same
56  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
57  *      used to store intermediate results from copy
58  *      operations to and from address spaces.
59  *
60  *      Since the information managed by this module is
61  *      also stored by the logical address mapping module,
62  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
63  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
64  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
65  *      requested.
66  *
67  *      In order to cope with hardware architectures which
68  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
69  *      this module may delay invalidate or reduced protection
70  *      operations until such time as they are actually
71  *      necessary.  This module is given full information as
72  *      to which processors are currently using which maps,
73  *      and to when physical maps must be made correct.
74  */
75
76 #if JG
77 #include "opt_disable_pse.h"
78 #include "opt_pmap.h"
79 #endif
80 #include "opt_msgbuf.h"
81
82 #include <sys/param.h>
83 #include <sys/systm.h>
84 #include <sys/kernel.h>
85 #include <sys/proc.h>
86 #include <sys/msgbuf.h>
87 #include <sys/vmmeter.h>
88 #include <sys/mman.h>
89
90 #include <vm/vm.h>
91 #include <vm/vm_param.h>
92 #include <sys/sysctl.h>
93 #include <sys/lock.h>
94 #include <vm/vm_kern.h>
95 #include <vm/vm_page.h>
96 #include <vm/vm_map.h>
97 #include <vm/vm_object.h>
98 #include <vm/vm_extern.h>
99 #include <vm/vm_pageout.h>
100 #include <vm/vm_pager.h>
101 #include <vm/vm_zone.h>
102
103 #include <sys/user.h>
104 #include <sys/thread2.h>
105 #include <sys/sysref2.h>
106 #include <sys/spinlock2.h>
107 #include <vm/vm_page2.h>
108
109 #include <machine/cputypes.h>
110 #include <machine/md_var.h>
111 #include <machine/specialreg.h>
112 #include <machine/smp.h>
113 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
114 #include <machine/globaldata.h>
115 #include <machine/pmap.h>
116 #include <machine/pmap_inval.h>
117
118 #include <ddb/ddb.h>
119
120 #define PMAP_KEEP_PDIRS
121 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
122 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
123 #endif
124
125 #if defined(DIAGNOSTIC)
126 #define PMAP_DIAGNOSTIC
127 #endif
128
129 #define MINPV 2048
130
131 /*
132  * pmap debugging will report who owns a pv lock when blocking.
133  */
134 #ifdef PMAP_DEBUG
135
136 #define PMAP_DEBUG_DECL         ,const char *func, int lineno
137 #define PMAP_DEBUG_ARGS         , __func__, __LINE__
138 #define PMAP_DEBUG_COPY         , func, lineno
139
140 #define pv_get(pmap, pindex)            _pv_get(pmap, pindex            \
141                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
142 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv                     \
143                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
144 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv                 \
145                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
146 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp  \
147                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
148
149 #else
150
151 #define PMAP_DEBUG_DECL
152 #define PMAP_DEBUG_ARGS
153 #define PMAP_DEBUG_COPY
154
155 #define pv_get(pmap, pindex)            _pv_get(pmap, pindex)
156 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv)
157 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv)
158 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)
159
160 #endif
161
162 /*
163  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
164  */
165 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
166
167 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
168 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
169 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
170 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
171 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
172
173 /*
174  * Given a map and a machine independent protection code,
175  * convert to a vax protection code.
176  */
177 #define pte_prot(m, p)          \
178         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
179 static int protection_codes[8];
180
181 struct pmap kernel_pmap;
182 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
183
184 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
185 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
186 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
187 vm_offset_t virtual2_end;
188 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
189 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
190 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
191 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
192 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
193 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
194 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
195 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
196
197 static int ndmpdp;
198 static vm_paddr_t dmaplimit;
199 static int nkpt;
200 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
201
202 static uint64_t KPTbase;
203 static uint64_t KPTphys;
204 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
205 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
206 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
207 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
208
209 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
210 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
211
212 /*
213  * Data for the pv entry allocation mechanism
214  */
215 static vm_zone_t pvzone;
216 static struct vm_zone pvzone_store;
217 static struct vm_object pvzone_obj;
218 static int pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
219 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
220 static struct pv_entry *pvinit;
221
222 /*
223  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
224  */
225 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
226 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
227 static pt_entry_t *msgbufmap;
228 struct msgbuf *msgbufp=0;
229
230 /*
231  * Crashdump maps.
232  */
233 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
234 static caddr_t crashdumpmap;
235
236 static int pmap_yield_count = 64;
237 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_yield_count, CTLFLAG_RW,
238     &pmap_yield_count, 0, "Yield during init_pt/release");
239
240 #define DISABLE_PSE
241
242 static void pv_hold(pv_entry_t pv);
243 static int _pv_hold_try(pv_entry_t pv
244                                 PMAP_DEBUG_DECL);
245 static void pv_drop(pv_entry_t pv);
246 static void _pv_lock(pv_entry_t pv
247                                 PMAP_DEBUG_DECL);
248 static void pv_unlock(pv_entry_t pv);
249 static pv_entry_t _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew
250                                 PMAP_DEBUG_DECL);
251 static pv_entry_t _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex
252                                 PMAP_DEBUG_DECL);
253 static pv_entry_t pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *errorp);
254 static pv_entry_t pv_find(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex);
255 static void pv_put(pv_entry_t pv);
256 static void pv_free(pv_entry_t pv);
257 static void *pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex);
258 static pv_entry_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
259                       pv_entry_t *pvpp);
260 static void pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
261                       struct pmap_inval_info *info);
262 static vm_page_t pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv, int holdpg);
263
264 static void pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_inval_info *info,
265                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, vm_offset_t va,
266                       pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
267 static void pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_inval_info *info,
268                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, vm_offset_t va,
269                       pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
270
271 static void i386_protection_init (void);
272 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
273 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
274 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
275
276 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
277 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
278
279 static unsigned pdir4mb;
280
281 static int
282 pv_entry_compare(pv_entry_t pv1, pv_entry_t pv2)
283 {
284         if (pv1->pv_pindex < pv2->pv_pindex)
285                 return(-1);
286         if (pv1->pv_pindex > pv2->pv_pindex)
287                 return(1);
288         return(0);
289 }
290
291 RB_GENERATE2(pv_entry_rb_tree, pv_entry, pv_entry,
292              pv_entry_compare, vm_pindex_t, pv_pindex);
293
294 /*
295  * Move the kernel virtual free pointer to the next
296  * 2MB.  This is used to help improve performance
297  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
298  * (.text, .data, .bss)
299  */
300 static
301 vm_offset_t
302 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
303 {
304         vm_offset_t newaddr = addr;
305
306         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
307         return newaddr;
308 }
309
310 /*
311  * pmap_pte_quick:
312  *
313  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
314  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
315  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
316  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
317  */
318 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
319
320 static
321 pt_entry_t *
322 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
323 {
324         return pmap_pte(pmap, va);
325 }
326
327 /*
328  * Returns the pindex of a page table entry (representing a terminal page).
329  * There are NUPTE_TOTAL page table entries possible (a huge number)
330  *
331  * x86-64 has a 48-bit address space, where bit 47 is sign-extended out.
332  * We want to properly translate negative KVAs.
333  */
334 static __inline
335 vm_pindex_t
336 pmap_pte_pindex(vm_offset_t va)
337 {
338         return ((va >> PAGE_SHIFT) & (NUPTE_TOTAL - 1));
339 }
340
341 /*
342  * Returns the pindex of a page table.
343  */
344 static __inline
345 vm_pindex_t
346 pmap_pt_pindex(vm_offset_t va)
347 {
348         return (NUPTE_TOTAL + ((va >> PDRSHIFT) & (NUPT_TOTAL - 1)));
349 }
350
351 /*
352  * Returns the pindex of a page directory.
353  */
354 static __inline
355 vm_pindex_t
356 pmap_pd_pindex(vm_offset_t va)
357 {
358         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
359                 ((va >> PDPSHIFT) & (NUPD_TOTAL - 1)));
360 }
361
362 static __inline
363 vm_pindex_t
364 pmap_pdp_pindex(vm_offset_t va)
365 {
366         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
367                 ((va >> PML4SHIFT) & (NUPDP_TOTAL - 1)));
368 }
369
370 static __inline
371 vm_pindex_t
372 pmap_pml4_pindex(void)
373 {
374         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL + NUPDP_TOTAL);
375 }
376
377 /*
378  * Return various clipped indexes for a given VA
379  *
380  * Returns the index of a pte in a page table, representing a terminal
381  * page.
382  */
383 static __inline
384 vm_pindex_t
385 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
386 {
387         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
388 }
389
390 /*
391  * Returns the index of a pt in a page directory, representing a page
392  * table.
393  */
394 static __inline
395 vm_pindex_t
396 pmap_pt_index(vm_offset_t va)
397 {
398         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
399 }
400
401 /*
402  * Returns the index of a pd in a page directory page, representing a page
403  * directory.
404  */
405 static __inline
406 vm_pindex_t
407 pmap_pd_index(vm_offset_t va)
408 {
409         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
410 }
411
412 /*
413  * Returns the index of a pdp in the pml4 table, representing a page
414  * directory page.
415  */
416 static __inline
417 vm_pindex_t
418 pmap_pdp_index(vm_offset_t va)
419 {
420         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
421 }
422
423 /*
424  * Generic procedure to index a pte from a pt, pd, or pdp.
425  */
426 static
427 void *
428 pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
429 {
430         pt_entry_t *pte;
431
432         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
433         return(&pte[pindex]);
434 }
435
436 /*
437  * Return pointer to PDP slot in the PML4
438  */
439 static __inline
440 pml4_entry_t *
441 pmap_pdp(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
442 {
443         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pdp_index(va)]);
444 }
445
446 /*
447  * Return pointer to PD slot in the PDP given a pointer to the PDP
448  */
449 static __inline
450 pdp_entry_t *
451 pmap_pdp_to_pd(pml4_entry_t *pdp, vm_offset_t va)
452 {
453         pdp_entry_t *pd;
454
455         pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
456         return (&pd[pmap_pd_index(va)]);
457 }
458
459 /*
460  * Return pointer to PD slot in the PDP
461  **/
462 static __inline
463 pdp_entry_t *
464 pmap_pd(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
465 {
466         pml4_entry_t *pdp;
467
468         pdp = pmap_pdp(pmap, va);
469         if ((*pdp & PG_V) == 0)
470                 return NULL;
471         return (pmap_pdp_to_pd(pdp, va));
472 }
473
474 /*
475  * Return pointer to PT slot in the PD given a pointer to the PD
476  */
477 static __inline
478 pd_entry_t *
479 pmap_pd_to_pt(pdp_entry_t *pd, vm_offset_t va)
480 {
481         pd_entry_t *pt;
482
483         pt = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pd & PG_FRAME);
484         return (&pt[pmap_pt_index(va)]);
485 }
486
487 /*
488  * Return pointer to PT slot in the PD
489  */
490 static __inline
491 pd_entry_t *
492 pmap_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
493 {
494         pdp_entry_t *pd;
495
496         pd = pmap_pd(pmap, va);
497         if (pd == NULL || (*pd & PG_V) == 0)
498                  return NULL;
499         return (pmap_pd_to_pt(pd, va));
500 }
501
502 /*
503  * Return pointer to PTE slot in the PT given a pointer to the PT
504  */
505 static __inline
506 pt_entry_t *
507 pmap_pt_to_pte(pd_entry_t *pt, vm_offset_t va)
508 {
509         pt_entry_t *pte;
510
511         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pt & PG_FRAME);
512         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
513 }
514
515 /*
516  * Return pointer to PTE slot in the PT
517  */
518 static __inline
519 pt_entry_t *
520 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
521 {
522         pd_entry_t *pt;
523
524         pt = pmap_pt(pmap, va);
525         if (pt == NULL || (*pt & PG_V) == 0)
526                  return NULL;
527         if ((*pt & PG_PS) != 0)
528                 return ((pt_entry_t *)pt);
529         return (pmap_pt_to_pte(pt, va));
530 }
531
532 /*
533  * Of all the layers (PTE, PT, PD, PDP, PML4) the best one to cache is
534  * the PT layer.  This will speed up core pmap operations considerably.
535  */
536 static __inline
537 void
538 pv_cache(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
539 {
540         if (pindex >= pmap_pt_pindex(0) && pindex <= pmap_pd_pindex(0))
541                 pv->pv_pmap->pm_pvhint = pv;
542 }
543
544
545 /*
546  * KVM - return address of PT slot in PD
547  */
548 static __inline
549 pd_entry_t *
550 vtopt(vm_offset_t va)
551 {
552         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
553                                   NPML4EPGSHIFT)) - 1);
554
555         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
556 }
557
558 /*
559  * KVM - return address of PTE slot in PT
560  */
561 static __inline
562 pt_entry_t *
563 vtopte(vm_offset_t va)
564 {
565         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
566                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
567
568         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
569 }
570
571 static uint64_t
572 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
573 {
574         uint64_t ret;
575
576         ret = *firstaddr;
577         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
578         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
579         return (ret);
580 }
581
582 static
583 void
584 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
585 {
586         long i;         /* must be 64 bits */
587         long nkpt_base;
588         long nkpt_phys;
589
590         /*
591          * We are running (mostly) V=P at this point
592          *
593          * Calculate NKPT - number of kernel page tables.  We have to
594          * accomodoate prealloction of the vm_page_array, dump bitmap,
595          * MSGBUF_SIZE, and other stuff.  Be generous.
596          *
597          * Maxmem is in pages.
598          */
599         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
600         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
601                 ndmpdp = 4;
602
603         /*
604          * Starting at the beginning of kvm (not KERNBASE).
605          */
606         nkpt_phys = (Maxmem * sizeof(struct vm_page) + NBPDR - 1) / NBPDR;
607         nkpt_phys += (Maxmem * sizeof(struct pv_entry) + NBPDR - 1) / NBPDR;
608         nkpt_phys += ((nkpt + nkpt + 1 + NKPML4E + NKPDPE + NDMPML4E + ndmpdp) +
609                      511) / 512;
610         nkpt_phys += 128;
611
612         /*
613          * Starting at KERNBASE - map 2G worth of page table pages.
614          * KERNBASE is offset -2G from the end of kvm.
615          */
616         nkpt_base = (NPDPEPG - KPDPI) * NPTEPG; /* typically 2 x 512 */
617
618         /*
619          * Allocate pages
620          */
621         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt_base);
622         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt_phys);
623         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
624         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
625         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
626
627         /*
628          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
629          * that is where we start populating the page table pages.
630          * Basically this is the end - 2.
631          */
632         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
633
634         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
635         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
636                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
637         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
638
639         /*
640          * Fill in the underlying page table pages for the area around
641          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
642          *
643          * Read-only from zero to physfree
644          * XXX not fully used, underneath 2M pages
645          */
646         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
647                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
648                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
649         }
650
651         /*
652          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
653          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
654          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
655          * data, bss, and initial pre-allocations.
656          */
657         for (i = 0; i < nkpt_base; i++) {
658                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
659                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
660         }
661         for (i = 0; i < nkpt_phys; i++) {
662                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
663                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
664         }
665
666         /*
667          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
668          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
669          * above in the KERNBASE area.
670          */
671         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
672                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
673                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
674         }
675
676         /*
677          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
678          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
679          */
680         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
681                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
682                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
683                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
684                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
685         }
686
687         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
688         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
689         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
690                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
691                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
692                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
693                             PG_G | PG_M | PG_A;
694                 }
695                 /* And the direct map space's PDP */
696                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
697                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
698                             (i << PAGE_SHIFT);
699                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
700                 }
701         } else {
702                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
703                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
704                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
705                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
706                             PG_G | PG_M | PG_A;
707                 }
708         }
709
710         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
711         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
712         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
713
714         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
715         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
716         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
717
718         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
719         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
720         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
721 }
722
723 /*
724  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
725  *
726  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
727  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
728  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
729  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
730  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
731  *      (physical) address starting relative to 0]
732  */
733 void
734 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
735 {
736         vm_offset_t va;
737         pt_entry_t *pte;
738         struct mdglobaldata *gd;
739         int pg;
740
741         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
742         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
743         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
744
745         avail_start = *firstaddr;
746
747         /*
748          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
749          */
750         create_pagetables(firstaddr);
751
752         virtual2_start = KvaStart;
753         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
754
755         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
756         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
757
758         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
759
760         /* XXX do %cr0 as well */
761         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
762         load_cr3(KPML4phys);
763
764         /*
765          * Initialize protection array.
766          */
767         i386_protection_init();
768
769         /*
770          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
771          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
772          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
773          */
774         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
775         kernel_pmap.pm_count = 1;
776         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
777         RB_INIT(&kernel_pmap.pm_pvroot);
778         spin_init(&kernel_pmap.pm_spin);
779         lwkt_token_init(&kernel_pmap.pm_token, "kpmap_tok");
780
781         /*
782          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
783          * mapping of pages.
784          */
785 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
786         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
787
788         va = virtual_start;
789         pte = vtopte(va);
790
791         /*
792          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
793          */
794         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
795
796         /*
797          * Crashdump maps.
798          */
799         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
800
801         /*
802          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
803          * /dev/mem.
804          */
805         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
806
807         /*
808          * msgbufp is used to map the system message buffer.
809          * XXX msgbufmap is not used.
810          */
811         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
812                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
813
814         virtual_start = va;
815
816         *CMAP1 = 0;
817
818         /*
819          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
820          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
821          * works under UP because self-referential page table mappings
822          */
823 #ifdef SMP
824         pgeflag = 0;
825 #else
826         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
827                 pgeflag = PG_G;
828 #endif
829         
830 /*
831  * Initialize the 4MB page size flag
832  */
833         pseflag = 0;
834 /*
835  * The 4MB page version of the initial
836  * kernel page mapping.
837  */
838         pdir4mb = 0;
839
840 #if !defined(DISABLE_PSE)
841         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
842                 pt_entry_t ptditmp;
843                 /*
844                  * Note that we have enabled PSE mode
845                  */
846                 pseflag = PG_PS;
847                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
848                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
849                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
850                 pdir4mb = ptditmp;
851
852 #ifndef SMP
853                 /*
854                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
855                  * now because the APs will not be able to use it when
856                  * they boot up.
857                  */
858                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
859
860                 /*
861                  * We can do the mapping here for the single processor
862                  * case.  We simply ignore the old page table page from
863                  * now on.
864                  */
865                 /*
866                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
867                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
868                  */
869                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
870                 cpu_invltlb();
871 #endif
872         }
873 #endif
874
875         /*
876          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
877          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
878          * portion.
879          */
880         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
881         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
882
883         cpu_invltlb();
884 }
885
886 #ifdef SMP
887 /*
888  * Set 4mb pdir for mp startup
889  */
890 void
891 pmap_set_opt(void)
892 {
893         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
894                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
895                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
896                         cpu_invltlb();
897                 }
898         }
899 }
900 #endif
901
902 /*
903  *      Initialize the pmap module.
904  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
905  *      system needs to map virtual memory.
906  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
907  *      way, discontiguous physical memory.
908  */
909 void
910 pmap_init(void)
911 {
912         int i;
913         int initial_pvs;
914
915         /*
916          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
917          * pv_head_table.
918          */
919
920         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
921                 vm_page_t m;
922
923                 m = &vm_page_array[i];
924                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
925         }
926
927         /*
928          * init the pv free list
929          */
930         initial_pvs = vm_page_array_size;
931         if (initial_pvs < MINPV)
932                 initial_pvs = MINPV;
933         pvzone = &pvzone_store;
934         pvinit = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
935                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
936         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
937                   pvinit, initial_pvs);
938
939         /*
940          * Now it is safe to enable pv_table recording.
941          */
942         pmap_initialized = TRUE;
943 }
944
945 /*
946  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
947  * high water mark so that the system can recover from excessive
948  * numbers of pv entries.
949  */
950 void
951 pmap_init2(void)
952 {
953         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
954         int entry_max;
955
956         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
957         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
958         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
959         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
960
961         /*
962          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
963          */
964         entry_max = pv_entry_max - vm_page_array_size;
965         if (entry_max <= 0)
966                 entry_max = 1;
967
968         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
969 }
970
971
972 /***************************************************
973  * Low level helper routines.....
974  ***************************************************/
975
976 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
977
978 /*
979  * This code checks for non-writeable/modified pages.
980  * This should be an invalid condition.
981  */
982 static
983 int
984 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
985 {
986         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
987                 return 1;
988         else
989                 return 0;
990 }
991 #endif
992
993
994 /*
995  * this routine defines the region(s) of memory that should
996  * not be tested for the modified bit.
997  */
998 static __inline
999 int
1000 pmap_track_modified(vm_pindex_t pindex)
1001 {
1002         vm_offset_t va = (vm_offset_t)pindex << PAGE_SHIFT;
1003         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
1004                 return 1;
1005         else
1006                 return 0;
1007 }
1008
1009 /*
1010  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
1011  * The page must be wired for this to work reliably.
1012  *
1013  * XXX for the moment we're using pv_find() instead of pv_get(), as
1014  *     callers might be expecting non-blocking operation.
1015  */
1016 vm_paddr_t 
1017 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1018 {
1019         vm_paddr_t rtval;
1020         pv_entry_t pt_pv;
1021         pt_entry_t *ptep;
1022
1023         rtval = 0;
1024         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
1025                 /*
1026                  * Kernel page directories might be direct-mapped and
1027                  * there is typically no PV tracking of pte's
1028                  */
1029                 pd_entry_t *pt;
1030
1031                 pt = pmap_pt(pmap, va);
1032                 if (pt && (*pt & PG_V)) {
1033                         if (*pt & PG_PS) {
1034                                 rtval = *pt & PG_PS_FRAME;
1035                                 rtval |= va & PDRMASK;
1036                         } else {
1037                                 ptep = pmap_pt_to_pte(pt, va);
1038                                 if (*pt & PG_V) {
1039                                         rtval = *ptep & PG_FRAME;
1040                                         rtval |= va & PAGE_MASK;
1041                                 }
1042                         }
1043                 }
1044         } else {
1045                 /*
1046                  * User pages currently do not direct-map the page directory
1047                  * and some pages might not used managed PVs.  But all PT's
1048                  * will have a PV.
1049                  */
1050                 pt_pv = pv_find(pmap, pmap_pt_pindex(va));
1051                 if (pt_pv) {
1052                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1053                         if (*ptep & PG_V) {
1054                                 rtval = *ptep & PG_FRAME;
1055                                 rtval |= va & PAGE_MASK;
1056                         }
1057                         pv_drop(pt_pv);
1058                 }
1059         }
1060         return rtval;
1061 }
1062
1063 /*
1064  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
1065  */
1066 vm_paddr_t
1067 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1068 {
1069         pd_entry_t pt;          /* pt entry in pd */
1070         vm_paddr_t pa;
1071
1072         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1073                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1074         } else {
1075                 pt = *vtopt(va);
1076                 if (pt & PG_PS) {
1077                         pa = (pt & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1078                 } else {
1079                         /*
1080                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1081                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1082                          * be used to access the PTE because it would use the
1083                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1084                          * because the page table page is preserved by the
1085                          * promotion.
1086                          */
1087                         pa = *pmap_pt_to_pte(&pt, va);
1088                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1089                 }
1090         }
1091         return pa;
1092 }
1093
1094 /***************************************************
1095  * Low level mapping routines.....
1096  ***************************************************/
1097
1098 /*
1099  * Routine: pmap_kenter
1100  * Function:
1101  *      Add a wired page to the KVA
1102  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
1103  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
1104  */
1105 void 
1106 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1107 {
1108         pt_entry_t *pte;
1109         pt_entry_t npte;
1110         pmap_inval_info info;
1111
1112         pmap_inval_init(&info);                         /* XXX remove */
1113         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1114         pte = vtopte(va);
1115         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);  /* XXX remove */
1116         *pte = npte;
1117         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);    /* XXX remove */
1118         pmap_inval_done(&info);                         /* XXX remove */
1119 }
1120
1121 /*
1122  * Routine: pmap_kenter_quick
1123  * Function:
1124  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
1125  *      mapping on the current CPU.
1126  */
1127 void
1128 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1129 {
1130         pt_entry_t *pte;
1131         pt_entry_t npte;
1132
1133         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1134         pte = vtopte(va);
1135         *pte = npte;
1136         cpu_invlpg((void *)va);
1137 }
1138
1139 void
1140 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
1141 {
1142         pmap_inval_info info;
1143
1144         pmap_inval_init(&info);
1145         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
1146         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
1147         pmap_inval_done(&info);
1148 }
1149
1150 void
1151 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
1152 {
1153         cpu_invlpg((void *)va);
1154 }
1155
1156 /*
1157  * remove a page from the kernel pagetables
1158  */
1159 void
1160 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1161 {
1162         pt_entry_t *pte;
1163         pmap_inval_info info;
1164
1165         pmap_inval_init(&info);
1166         pte = vtopte(va);
1167         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
1168         *pte = 0;
1169         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
1170         pmap_inval_done(&info);
1171 }
1172
1173 void
1174 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1175 {
1176         pt_entry_t *pte;
1177         pte = vtopte(va);
1178         *pte = 0;
1179         cpu_invlpg((void *)va);
1180 }
1181
1182 /*
1183  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
1184  */
1185 void
1186 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1187 {
1188         atomic_set_long(vtopte(va), PG_RW);
1189         cpu_invlpg((void *)va);
1190 }
1191
1192 void
1193 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1194 {
1195         atomic_set_long(vtopte(va), PG_N);
1196         cpu_invlpg((void *)va);
1197 }
1198
1199 /*
1200  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
1201  * address space during the low level boot, typically to map the
1202  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
1203  *
1204  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
1205  * kernel text+data.
1206  *
1207  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
1208  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
1209  * have access to the related pointers.
1210  */
1211 vm_offset_t
1212 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1213 {
1214         vm_offset_t va;
1215         vm_offset_t va_start;
1216
1217         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
1218
1219         va_start = *virtp;
1220         va = va_start;
1221
1222         while (start < end) {
1223                 pmap_kenter_quick(va, start);
1224                 va += PAGE_SIZE;
1225                 start += PAGE_SIZE;
1226         }
1227         *virtp = va;
1228         return va_start;
1229 }
1230
1231
1232 /*
1233  * Add a list of wired pages to the kva
1234  * this routine is only used for temporary
1235  * kernel mappings that do not need to have
1236  * page modification or references recorded.
1237  * Note that old mappings are simply written
1238  * over.  The page *must* be wired.
1239  */
1240 void
1241 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1242 {
1243         vm_offset_t end_va;
1244
1245         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1246                 
1247         while (va < end_va) {
1248                 pt_entry_t *pte;
1249
1250                 pte = vtopte(va);
1251                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1252                 cpu_invlpg((void *)va);
1253                 va += PAGE_SIZE;
1254                 m++;
1255         }
1256         smp_invltlb();
1257 }
1258
1259 /*
1260  * This routine jerks page mappings from the
1261  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1262  *
1263  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1264  */
1265 void
1266 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1267 {
1268         vm_offset_t end_va;
1269
1270         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1271
1272         while (va < end_va) {
1273                 pt_entry_t *pte;
1274
1275                 pte = vtopte(va);
1276                 *pte = 0;
1277                 cpu_invlpg((void *)va);
1278                 va += PAGE_SIZE;
1279         }
1280         smp_invltlb();
1281 }
1282
1283 /*
1284  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1285  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1286  */
1287 void
1288 pmap_init_thread(thread_t td)
1289 {
1290         /* enforce pcb placement & alignment */
1291         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1292         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
1293         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1294         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
1295 }
1296
1297 /*
1298  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1299  */
1300 void
1301 pmap_init_proc(struct proc *p)
1302 {
1303 }
1304
1305 /*
1306  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1307  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1308  */
1309 void
1310 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1311 {
1312         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1313 }
1314
1315 /*
1316  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1317  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1318  *
1319  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1320  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1321  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1322  */
1323 void
1324 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1325 {
1326         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1327         pmap->pm_count = 1;
1328         pmap->pm_active = 0;
1329         pmap->pm_pvhint = NULL;
1330         RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
1331         spin_init(&pmap->pm_spin);
1332         lwkt_token_init(&pmap->pm_token, "pmap_tok");
1333         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1334 }
1335
1336 /*
1337  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1338  * such as one in a vmspace structure.
1339  */
1340 void
1341 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1342 {
1343         pv_entry_t pv;
1344
1345         /*
1346          * Misc initialization
1347          */
1348         pmap->pm_count = 1;
1349         pmap->pm_active = 0;
1350         pmap->pm_pvhint = NULL;
1351         if (pmap->pm_pmlpv == NULL) {
1352                 RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
1353                 bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1354                 spin_init(&pmap->pm_spin);
1355                 lwkt_token_init(&pmap->pm_token, "pmap_tok");
1356         }
1357
1358         /*
1359          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1360          * page directory table.
1361          */
1362         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1363                 pmap->pm_pml4 =
1364                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1365         }
1366
1367         /*
1368          * Allocate the page directory page, which wires it even though
1369          * it isn't being entered into some higher level page table (it
1370          * being the highest level).  If one is already cached we don't
1371          * have to do anything.
1372          */
1373         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) == NULL) {
1374                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
1375                 pmap->pm_pmlpv = pv;
1376                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4,
1377                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
1378                 pv_put(pv);
1379                 pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1380                 pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1381
1382                 /* install self-referential address mapping entry */
1383                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
1384                                            PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1385         } else {
1386                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
1387                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
1388         }
1389 }
1390
1391 /*
1392  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1393  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1394  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1395  * of cleanup work to do here.
1396  */
1397 void
1398 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1399 {
1400         pv_entry_t pv;
1401         vm_page_t p;
1402
1403         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1404         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) != NULL) {
1405                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
1406                         pv_lock(pv);
1407                 p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
1408                 pv_free(pv);
1409                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1410                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
1411                 vm_page_unhold(p);
1412                 KKASSERT(p->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED));
1413                 vm_page_unwire(p, 0);
1414                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1415
1416                 /*
1417                  * XXX eventually clean out PML4 static entries and
1418                  * use vm_page_free_zero()
1419                  */
1420                 vm_page_free(p);
1421                 pmap->pm_pmlpv = NULL;
1422         }
1423         if (pmap->pm_pml4) {
1424                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1425                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1426                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1427         }
1428         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0);
1429         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
1430 }
1431
1432 /*
1433  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1434  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1435  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1436  * then copies the template.
1437  */
1438 void
1439 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1440 {
1441         /*
1442          * XXX copies current process, does not fill in MPPTDI
1443          */
1444         spin_lock(&pmap_spin);
1445         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1446         spin_unlock(&pmap_spin);
1447 }
1448
1449 /*
1450  * This routine is called when various levels in the page table need to
1451  * be populated.  This routine cannot fail.
1452  *
1453  * This function returns two locked pv_entry's, one representing the
1454  * requested pv and one representing the requested pv's parent pv.  If
1455  * the pv did not previously exist it will be mapped into its parent
1456  * and wired, otherwise no additional wire count will be added.
1457  */
1458 static
1459 pv_entry_t
1460 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp)
1461 {
1462         pt_entry_t *ptep;
1463         pv_entry_t pv;
1464         pv_entry_t pvp;
1465         vm_pindex_t pt_pindex;
1466         vm_page_t m;
1467         int isnew;
1468
1469         /*
1470          * If the pv already exists and we aren't being asked for the
1471          * parent page table page we can just return it.  A locked+held pv
1472          * is returned.
1473          */
1474         pv = pv_alloc(pmap, ptepindex, &isnew);
1475         if (isnew == 0 && pvpp == NULL)
1476                 return(pv);
1477
1478         /*
1479          * This is a new PV, we have to resolve its parent page table and
1480          * add an additional wiring to the page if necessary.
1481          */
1482
1483         /*
1484          * Special case terminal PVs.  These are not page table pages so
1485          * no vm_page is allocated (the caller supplied the vm_page).  If
1486          * pvpp is non-NULL we are being asked to also removed the pt_pv
1487          * for this pv.
1488          *
1489          * Note that pt_pv's are only returned for user VAs. We assert that
1490          * a pt_pv is not being requested for kernel VAs.
1491          */
1492         if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0)) {
1493                 if (ptepindex >= NUPTE_USER)
1494                         KKASSERT(pvpp == NULL);
1495                 else
1496                         KKASSERT(pvpp != NULL);
1497                 if (pvpp) {
1498                         pt_pindex = NUPTE_TOTAL + (ptepindex >> NPTEPGSHIFT);
1499                         pvp = pmap_allocpte(pmap, pt_pindex, NULL);
1500                         if (isnew)
1501                                 vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
1502                         *pvpp = pvp;
1503                 } else {
1504                         pvp = NULL;
1505                 }
1506                 return(pv);
1507         }
1508
1509         /*
1510          * Non-terminal PVs allocate a VM page to represent the page table,
1511          * so we have to resolve pvp and calculate ptepindex for the pvp
1512          * and then for the page table entry index in the pvp for
1513          * fall-through.
1514          */
1515         if (ptepindex < pmap_pd_pindex(0)) {
1516                 /*
1517                  * pv is PT, pvp is PD
1518                  */
1519                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pt_pindex(0)) >> NPDEPGSHIFT;
1520                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
1521                 pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
1522                 if (!isnew)
1523                         goto notnew;
1524
1525                 /*
1526                  * PT index in PD
1527                  */
1528                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pt_pindex(0);
1529                 ptepindex &= ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1);
1530         } else if (ptepindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
1531                 /*
1532                  * pv is PD, pvp is PDP
1533                  */
1534                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pd_pindex(0)) >> NPDPEPGSHIFT;
1535                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
1536                 pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
1537                 if (!isnew)
1538                         goto notnew;
1539
1540                 /*
1541                  * PD index in PDP
1542                  */
1543                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pd_pindex(0);
1544                 ptepindex &= ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1);
1545         } else if (ptepindex < pmap_pml4_pindex()) {
1546                 /*
1547                  * pv is PDP, pvp is the root pml4 table
1548                  */
1549                 pvp = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
1550                 if (!isnew)
1551                         goto notnew;
1552
1553                 /*
1554                  * PDP index in PML4
1555                  */
1556                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pdp_pindex(0);
1557                 ptepindex &= ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1);
1558         } else {
1559                 /*
1560                  * pv represents the top-level PML4, there is no parent.
1561                  */
1562                 pvp = NULL;
1563                 if (!isnew)
1564                         goto notnew;
1565         }
1566
1567         /*
1568          * This code is only reached if isnew is TRUE and this is not a
1569          * terminal PV.  We need to allocate a vm_page for the page table
1570          * at this level and enter it into the parent page table.
1571          *
1572          * page table pages are marked PG_WRITEABLE and PG_MAPPED.
1573          */
1574         for (;;) {
1575                 m = vm_page_alloc(NULL, pv->pv_pindex,
1576                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
1577                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
1578                 if (m)
1579                         break;
1580                 vm_wait(0);
1581         }
1582         vm_page_spin_lock(m);
1583         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1584         pv->pv_m = m;
1585         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1586         vm_page_spin_unlock(m);
1587         vm_page_unmanage(m);    /* m must be spinunlocked */
1588
1589         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1590                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1591         }
1592 #ifdef PMAP_DEBUG
1593         else {
1594                 pmap_page_assertzero(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1595         }
1596 #endif
1597         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1598         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1599         vm_page_wire(m);        /* wire for mapping in parent */
1600
1601         /*
1602          * Wire the page into pvp, bump the wire-count for pvp's page table
1603          * page.  Bump the resident_count for the pmap.  There is no pvp
1604          * for the top level, address the pm_pml4[] array directly.
1605          *
1606          * If the caller wants the parent we return it, otherwise
1607          * we just put it away.
1608          *
1609          * No interlock is needed for pte 0 -> non-zero.
1610          */
1611         if (pvp) {
1612                 vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
1613                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
1614                 KKASSERT((*ptep & PG_V) == 0);
1615                 *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | (PG_U | PG_RW | PG_V |
1616                                               PG_A | PG_M);
1617         }
1618         vm_page_wakeup(m);
1619 notnew:
1620         if (pvpp)
1621                 *pvpp = pvp;
1622         else if (pvp)
1623                 pv_put(pvp);
1624         return (pv);
1625 }
1626
1627 /*
1628  * Release any resources held by the given physical map.
1629  *
1630  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.  Should
1631  * only be called if the map contains no valid mappings.
1632  *
1633  * Caller must hold pmap->pm_token
1634  */
1635 struct pmap_release_info {
1636         pmap_t  pmap;
1637         int     retry;
1638 };
1639
1640 static int pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data);
1641
1642 void
1643 pmap_release(struct pmap *pmap)
1644 {
1645         struct pmap_release_info info;
1646
1647         KASSERT(pmap->pm_active == 0,
1648                 ("pmap still active! %016jx", (uintmax_t)pmap->pm_active));
1649 #if defined(DIAGNOSTIC)
1650         if (object->ref_count != 1)
1651                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1652 #endif
1653
1654         spin_lock(&pmap_spin);
1655         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1656         spin_unlock(&pmap_spin);
1657
1658         /*
1659          * Pull pv's off the RB tree in order from low to high and release
1660          * each page.
1661          */
1662         info.pmap = pmap;
1663         do {
1664                 info.retry = 0;
1665                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
1666                 RB_SCAN(pv_entry_rb_tree, &pmap->pm_pvroot, NULL,
1667                         pmap_release_callback, &info);
1668                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
1669         } while (info.retry);
1670
1671
1672         /*
1673          * One resident page (the pml4 page) should remain.
1674          * No wired pages should remain.
1675          */
1676         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 1);
1677         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
1678 }
1679
1680 static int
1681 pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data)
1682 {
1683         struct pmap_release_info *info = data;
1684         pmap_t pmap = info->pmap;
1685         vm_page_t p;
1686
1687         if (pv_hold_try(pv)) {
1688                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
1689         } else {
1690                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
1691                 pv_lock(pv);
1692                 if (pv->pv_pmap != pmap) {
1693                         pv_put(pv);
1694                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
1695                         info->retry = 1;
1696                         return(-1);
1697                 }
1698         }
1699
1700         /*
1701          * The pmap is currently not spinlocked, pv is held+locked.
1702          * Remove the pv's page from its parent's page table.  The
1703          * parent's page table page's wire_count will be decremented.
1704          */
1705         pmap_remove_pv_pte(pv, NULL, NULL);
1706
1707         /*
1708          * Terminal pvs are unhooked from their vm_pages.  Because
1709          * terminal pages aren't page table pages they aren't wired
1710          * by us, so we have to be sure not to unwire them either.
1711          */
1712         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
1713                 pmap_remove_pv_page(pv, 0);
1714                 goto skip;
1715         }
1716
1717         /*
1718          * We leave the top-level page table page cached, wired, and
1719          * mapped in the pmap until the dtor function (pmap_puninit())
1720          * gets called.
1721          *
1722          * Since we are leaving the top-level pv intact we need
1723          * to break out of what would otherwise be an infinite loop.
1724          */
1725         if (pv->pv_pindex == pmap_pml4_pindex()) {
1726                 pv_put(pv);
1727                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
1728                 return(-1);
1729         }
1730
1731         /*
1732          * For page table pages (other than the top-level page),
1733          * remove and free the vm_page.  The representitive mapping
1734          * removed above by pmap_remove_pv_pte() did not undo the
1735          * last wire_count so we have to do that as well.
1736          */
1737         p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
1738         vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pmaprl");
1739         vm_page_unhold(p);
1740         if (p->wire_count != 1) {
1741                 kprintf("p->wire_count was %016lx %d\n",
1742                         pv->pv_pindex, p->wire_count);
1743         }
1744         KKASSERT(p->wire_count == 1);
1745         KKASSERT(p->flags & PG_UNMANAGED);
1746
1747         vm_page_unwire(p, 0);
1748         KKASSERT(p->wire_count == 0);
1749         /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1750         vm_page_free(p);
1751 skip:
1752         pv_free(pv);
1753         spin_lock(&pmap->pm_spin);
1754         return(0);
1755 }
1756
1757 /*
1758  * This function will remove the pte associated with a pv from its parent.
1759  * Terminal pv's are supported.  The removal will be interlocked if info
1760  * is non-NULL.  The caller must dispose of pv instead of just unlocking
1761  * it.
1762  *
1763  * The wire count will be dropped on the parent page table.  The wire
1764  * count on the page being removed (pv->pv_m) from the parent page table
1765  * is NOT touched.  Note that terminal pages will not have any additional
1766  * wire counts while page table pages will have at least one representing
1767  * the mapping, plus others representing sub-mappings.
1768  *
1769  * NOTE: Cannot be called on kernel page table pages, only KVM terminal
1770  *       pages and user page table and terminal pages.
1771  *
1772  * The pv must be locked.
1773  *
1774  * XXX must lock parent pv's if they exist to remove pte XXX
1775  */
1776 static
1777 void
1778 pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, struct pmap_inval_info *info)
1779 {
1780         vm_pindex_t ptepindex = pv->pv_pindex;
1781         pmap_t pmap = pv->pv_pmap;
1782         vm_page_t p;
1783         int gotpvp = 0;
1784
1785         KKASSERT(pmap);
1786
1787         if (ptepindex == pmap_pml4_pindex()) {
1788                 /*
1789                  * We are the top level pml4 table, there is no parent.
1790                  */
1791                 p = pmap->pm_pmlpv->pv_m;
1792         } else if (ptepindex >= pmap_pdp_pindex(0)) {
1793                 /*
1794                  * Remove a PDP page from the pml4e.  This can only occur
1795                  * with user page tables.  We do not have to lock the
1796                  * pml4 PV so just ignore pvp.
1797                  */
1798                 vm_pindex_t pml4_pindex;
1799                 vm_pindex_t pdp_index;
1800                 pml4_entry_t *pdp;
1801
1802                 pdp_index = ptepindex - pmap_pdp_pindex(0);
1803                 if (pvp == NULL) {
1804                         pml4_pindex = pmap_pml4_pindex();
1805                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pml4_pindex);
1806                         gotpvp = 1;
1807                 }
1808                 pdp = &pmap->pm_pml4[pdp_index & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
1809                 KKASSERT((*pdp & PG_V) != 0);
1810                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1811                 *pdp = 0;
1812                 KKASSERT(info == NULL);
1813         } else if (ptepindex >= pmap_pd_pindex(0)) {
1814                 /*
1815                  *  Remove a PD page from the pdp
1816                  */
1817                 vm_pindex_t pdp_pindex;
1818                 vm_pindex_t pd_index;
1819                 pdp_entry_t *pd;
1820
1821                 pd_index = ptepindex - pmap_pd_pindex(0);
1822
1823                 if (pvp == NULL) {
1824                         pdp_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
1825                                      (pd_index >> NPML4EPGSHIFT);
1826                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pdp_pindex);
1827                         gotpvp = 1;
1828                 }
1829                 pd = pv_pte_lookup(pvp, pd_index & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
1830                 KKASSERT((*pd & PG_V) != 0);
1831                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
1832                 *pd = 0;
1833                 KKASSERT(info == NULL);
1834         } else if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0)) {
1835                 /*
1836                  *  Remove a PT page from the pd
1837                  */
1838                 vm_pindex_t pd_pindex;
1839                 vm_pindex_t pt_index;
1840                 pd_entry_t *pt;
1841
1842                 pt_index = ptepindex - pmap_pt_pindex(0);
1843
1844                 if (pvp == NULL) {
1845                         pd_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
1846                                     (pt_index >> NPDPEPGSHIFT);
1847                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pd_pindex);
1848                         gotpvp = 1;
1849                 }
1850                 pt = pv_pte_lookup(pvp, pt_index & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
1851                 KKASSERT((*pt & PG_V) != 0);
1852                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
1853                 *pt = 0;
1854                 KKASSERT(info == NULL);
1855         } else {
1856                 /*
1857                  * Remove a PTE from the PT page
1858                  *
1859                  * NOTE: pv's must be locked bottom-up to avoid deadlocking.
1860                  *       pv is a pte_pv so we can safely lock pt_pv.
1861                  */
1862                 vm_pindex_t pt_pindex;
1863                 pt_entry_t *ptep;
1864                 pt_entry_t pte;
1865                 vm_offset_t va;
1866
1867                 pt_pindex = ptepindex >> NPTEPGSHIFT;
1868                 va = (vm_offset_t)ptepindex << PAGE_SHIFT;
1869
1870                 if (ptepindex >= NUPTE_USER) {
1871                         ptep = vtopte(ptepindex << PAGE_SHIFT);
1872                         KKASSERT(pvp == NULL);
1873                 } else {
1874                         if (pvp == NULL) {
1875                                 pt_pindex = NUPTE_TOTAL +
1876                                             (ptepindex >> NPDPEPGSHIFT);
1877                                 pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pt_pindex);
1878                                 gotpvp = 1;
1879                         }
1880                         ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex &
1881                                                   ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
1882                 }
1883
1884                 if (info)
1885                         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
1886                 pte = pte_load_clear(ptep);
1887                 if (info)
1888                         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
1889
1890                 /*
1891                  * Now update the vm_page_t
1892                  */
1893                 if ((pte & (PG_MANAGED|PG_V)) != (PG_MANAGED|PG_V)) {
1894                         kprintf("remove_pte badpte %016lx %016lx %d\n",
1895                                 pte, pv->pv_pindex,
1896                                 pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0));
1897                 }
1898                 /*KKASSERT((pte & (PG_MANAGED|PG_V)) == (PG_MANAGED|PG_V));*/
1899                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1900
1901                 if (pte & PG_M) {
1902                         if (pmap_track_modified(ptepindex))
1903                                 vm_page_dirty(p);
1904                 }
1905                 if (pte & PG_A) {
1906                         vm_page_flag_set(p, PG_REFERENCED);
1907                 }
1908                 if (pte & PG_W)
1909                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
1910                 if (pte & PG_G)
1911                         cpu_invlpg((void *)va);
1912         }
1913
1914         /*
1915          * Unwire the parent page table page.  The wire_count cannot go below
1916          * 1 here because the parent page table page is itself still mapped.
1917          *
1918          * XXX remove the assertions later.
1919          */
1920         KKASSERT(pv->pv_m == p);
1921         if (pvp && vm_page_unwire_quick(pvp->pv_m))
1922                 panic("pmap_remove_pv_pte: Insufficient wire_count");
1923
1924         if (gotpvp)
1925                 pv_put(pvp);
1926 }
1927
1928 static
1929 vm_page_t
1930 pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv, int holdpg)
1931 {
1932         vm_page_t m;
1933
1934         m = pv->pv_m;
1935         if (holdpg)
1936                 vm_page_hold(m);
1937         KKASSERT(m);
1938         vm_page_spin_lock(m);
1939         pv->pv_m = NULL;
1940         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1941         /*
1942         if (m->object)
1943                 atomic_add_int(&m->object->agg_pv_list_count, -1);
1944         */
1945         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
1946                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1947         vm_page_spin_unlock(m);
1948         if (holdpg)
1949                 return(m);
1950         return(NULL);
1951 }
1952
1953 /*
1954  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1955  *
1956  * This routine is always called to validate any address space
1957  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
1958  * space below KERNBASE.
1959  */
1960 void
1961 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
1962 {
1963         vm_paddr_t paddr;
1964         vm_offset_t ptppaddr;
1965         vm_page_t nkpg;
1966         pd_entry_t *pt, newpt;
1967         pdp_entry_t newpd;
1968         int update_kernel_vm_end;
1969
1970         /*
1971          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
1972          */
1973         if (kernel_vm_end == 0) {
1974                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1975                 nkpt = 0;
1976                 while ((*pmap_pt(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1977                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1978                                         ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1979                         nkpt++;
1980                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1981                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1982                                 break;                       
1983                         }
1984                 }
1985         }
1986
1987         /*
1988          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
1989          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
1990          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
1991          */
1992         if (kstart < KERNBASE) {
1993                 if (kstart > kernel_vm_end)
1994                         kstart = kernel_vm_end;
1995                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
1996                 update_kernel_vm_end = 1;
1997         } else {
1998                 update_kernel_vm_end = 0;
1999         }
2000
2001         kstart = rounddown2(kstart, PAGE_SIZE * NPTEPG);
2002         kend = roundup2(kend, PAGE_SIZE * NPTEPG);
2003
2004         if (kend - 1 >= kernel_map.max_offset)
2005                 kend = kernel_map.max_offset;
2006
2007         while (kstart < kend) {
2008                 pt = pmap_pt(&kernel_pmap, kstart);
2009                 if (pt == NULL) {
2010                         /* We need a new PDP entry */
2011                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
2012                                              VM_ALLOC_NORMAL |
2013                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
2014                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
2015                         if (nkpg == NULL) {
2016                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
2017                                       "kernel");
2018                         }
2019                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2020                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2021                                 pmap_zero_page(paddr);
2022                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
2023                         newpd = (pdp_entry_t)
2024                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2025                         *pmap_pd(&kernel_pmap, kstart) = newpd;
2026                         nkpt++;
2027                         continue; /* try again */
2028                 }
2029                 if ((*pt & PG_V) != 0) {
2030                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2031                                  ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2032                         if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2033                                 kstart = kernel_map.max_offset;
2034                                 break;                       
2035                         }
2036                         continue;
2037                 }
2038
2039                 /*
2040                  * This index is bogus, but out of the way
2041                  */
2042                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
2043                                      VM_ALLOC_NORMAL |
2044                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
2045                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
2046                 if (nkpg == NULL)
2047                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2048
2049                 vm_page_wire(nkpg);
2050                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2051                 pmap_zero_page(ptppaddr);
2052                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
2053                 newpt = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2054                 *pmap_pt(&kernel_pmap, kstart) = newpt;
2055                 nkpt++;
2056
2057                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2058                           ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2059
2060                 if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2061                         kstart = kernel_map.max_offset;
2062                         break;                       
2063                 }
2064         }
2065
2066         /*
2067          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
2068          */
2069         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
2070                 kernel_vm_end = kstart;
2071 }
2072
2073 /*
2074  *      Retire the given physical map from service.
2075  *      Should only be called if the map contains
2076  *      no valid mappings.
2077  */
2078 void
2079 pmap_destroy(pmap_t pmap)
2080 {
2081         int count;
2082
2083         if (pmap == NULL)
2084                 return;
2085
2086         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
2087         count = --pmap->pm_count;
2088         if (count == 0) {
2089                 pmap_release(pmap);     /* eats pm_token */
2090                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
2091         }
2092         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2093 }
2094
2095 /*
2096  *      Add a reference to the specified pmap.
2097  */
2098 void
2099 pmap_reference(pmap_t pmap)
2100 {
2101         if (pmap != NULL) {
2102                 lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
2103                 pmap->pm_count++;
2104                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2105         }
2106 }
2107
2108 /***************************************************
2109  * page management routines.
2110  ***************************************************/
2111
2112 /*
2113  * Hold a pv without locking it
2114  */
2115 static void
2116 pv_hold(pv_entry_t pv)
2117 {
2118         u_int count;
2119
2120         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 0, 1))
2121                 return;
2122
2123         for (;;) {
2124                 count = pv->pv_hold;
2125                 cpu_ccfence();
2126                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count + 1))
2127                         return;
2128                 /* retry */
2129         }
2130 }
2131
2132 /*
2133  * Hold a pv_entry, preventing its destruction.  TRUE is returned if the pv
2134  * was successfully locked, FALSE if it wasn't.  The caller must dispose of
2135  * the pv properly.
2136  *
2137  * Either the pmap->pm_spin or the related vm_page_spin (if traversing a
2138  * pv list via its page) must be held by the caller.
2139  */
2140 static int
2141 _pv_hold_try(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
2142 {
2143         u_int count;
2144
2145         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 0, PV_HOLD_LOCKED | 1)) {
2146 #ifdef PMAP_DEBUG
2147                 pv->pv_func = func;
2148                 pv->pv_line = lineno;
2149 #endif
2150                 return TRUE;
2151         }
2152
2153         for (;;) {
2154                 count = pv->pv_hold;
2155                 cpu_ccfence();
2156                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
2157                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2158                                               (count + 1) | PV_HOLD_LOCKED)) {
2159 #ifdef PMAP_DEBUG
2160                                 pv->pv_func = func;
2161                                 pv->pv_line = lineno;
2162 #endif
2163                                 return TRUE;
2164                         }
2165                 } else {
2166                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count + 1))
2167                                 return FALSE;
2168                 }
2169                 /* retry */
2170         }
2171 }
2172
2173 /*
2174  * Drop a previously held pv_entry which could not be locked, allowing its
2175  * destruction.
2176  *
2177  * Must not be called with a spinlock held as we might zfree() the pv if it
2178  * is no longer associated with a pmap and this was the last hold count.
2179  */
2180 static void
2181 pv_drop(pv_entry_t pv)
2182 {
2183         u_int count;
2184
2185         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 1, 0)) {
2186                 if (pv->pv_pmap == NULL)
2187                         zfree(pvzone, pv);
2188                 return;
2189         }
2190
2191         for (;;) {
2192                 count = pv->pv_hold;
2193                 cpu_ccfence();
2194                 KKASSERT((count & PV_HOLD_MASK) > 0);
2195                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) !=
2196                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
2197                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count - 1)) {
2198                         if (count == 1 && pv->pv_pmap == NULL)
2199                                 zfree(pvzone, pv);
2200                         return;
2201                 }
2202                 /* retry */
2203         }
2204 }
2205
2206 /*
2207  * Find or allocate the requested PV entry, returning a locked pv
2208  */
2209 static
2210 pv_entry_t
2211 _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew PMAP_DEBUG_DECL)
2212 {
2213         pv_entry_t pv;
2214         pv_entry_t pnew = NULL;
2215
2216         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2217         for (;;) {
2218                 if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex) {
2219                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot,
2220                                                         pindex);
2221                 }
2222                 if (pv == NULL) {
2223                         if (pnew == NULL) {
2224                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2225                                 pnew = zalloc(pvzone);
2226                                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2227                                 continue;
2228                         }
2229                         pnew->pv_pmap = pmap;
2230                         pnew->pv_pindex = pindex;
2231                         pnew->pv_hold = PV_HOLD_LOCKED | 1;
2232 #ifdef PMAP_DEBUG
2233                         pnew->pv_func = func;
2234                         pnew->pv_line = lineno;
2235 #endif
2236                         pv_entry_rb_tree_RB_INSERT(&pmap->pm_pvroot, pnew);
2237                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
2238                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2239                         *isnew = 1;
2240                         return(pnew);
2241                 }
2242                 if (pnew) {
2243                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2244                         zfree(pvzone, pnew);
2245                         pnew = NULL;
2246                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2247                         continue;
2248                 }
2249                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
2250                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2251                         *isnew = 0;
2252                         return(pv);
2253                 }
2254                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2255                 _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
2256                 if (pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex) {
2257                         *isnew = 0;
2258                         return(pv);
2259                 }
2260                 pv_put(pv);
2261                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2262         }
2263
2264
2265 }
2266
2267 /*
2268  * Find the requested PV entry, returning a locked+held pv or NULL
2269  */
2270 static
2271 pv_entry_t
2272 _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex PMAP_DEBUG_DECL)
2273 {
2274         pv_entry_t pv;
2275
2276         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2277         for (;;) {
2278                 /*
2279                  * Shortcut cache
2280                  */
2281                 if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex) {
2282                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot,
2283                                                         pindex);
2284                 }
2285                 if (pv == NULL) {
2286                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2287                         return NULL;
2288                 }
2289                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
2290                         pv_cache(pv, pindex);
2291                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2292                         return(pv);
2293                 }
2294                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2295                 _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
2296                 if (pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex)
2297                         return(pv);
2298                 pv_put(pv);
2299                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2300         }
2301 }
2302
2303 /*
2304  * Lookup, hold, and attempt to lock (pmap,pindex).
2305  *
2306  * If the entry does not exist NULL is returned and *errorp is set to 0
2307  *
2308  * If the entry exists and could be successfully locked it is returned and
2309  * errorp is set to 0.
2310  *
2311  * If the entry exists but could NOT be successfully locked it is returned
2312  * held and *errorp is set to 1.
2313  */
2314 static
2315 pv_entry_t
2316 pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *errorp)
2317 {
2318         pv_entry_t pv;
2319
2320         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2321         if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex)
2322                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
2323         if (pv == NULL) {
2324                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2325                 *errorp = 0;
2326                 return NULL;
2327         }
2328         if (pv_hold_try(pv)) {
2329                 pv_cache(pv, pindex);
2330                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2331                 *errorp = 0;
2332                 return(pv);     /* lock succeeded */
2333         }
2334         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2335         *errorp = 1;
2336         return (pv);            /* lock failed */
2337 }
2338
2339 /*
2340  * Find the requested PV entry, returning a held pv or NULL
2341  */
2342 static
2343 pv_entry_t
2344 pv_find(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
2345 {
2346         pv_entry_t pv;
2347
2348         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2349
2350         if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex)
2351                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
2352         if (pv == NULL) {
2353                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2354                 return NULL;
2355         }
2356         pv_hold(pv);
2357         pv_cache(pv, pindex);
2358         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2359         return(pv);
2360 }
2361
2362 /*
2363  * Lock a held pv, keeping the hold count
2364  */
2365 static
2366 void
2367 _pv_lock(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
2368 {
2369         u_int count;
2370
2371         for (;;) {
2372                 count = pv->pv_hold;
2373                 cpu_ccfence();
2374                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
2375                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2376                                               count | PV_HOLD_LOCKED)) {
2377 #ifdef PMAP_DEBUG
2378                                 pv->pv_func = func;
2379                                 pv->pv_line = lineno;
2380 #endif
2381                                 return;
2382                         }
2383                         continue;
2384                 }
2385                 tsleep_interlock(pv, 0);
2386                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2387                                       count | PV_HOLD_WAITING)) {
2388 #ifdef PMAP_DEBUG
2389                         kprintf("pv waiting on %s:%d\n",
2390                                         pv->pv_func, pv->pv_line);
2391 #endif
2392                         tsleep(pv, PINTERLOCKED, "pvwait", hz);
2393                 }
2394                 /* retry */
2395         }
2396 }
2397
2398 /*
2399  * Unlock a held and locked pv, keeping the hold count.
2400  */
2401 static
2402 void
2403 pv_unlock(pv_entry_t pv)
2404 {
2405         u_int count;
2406
2407         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 1, 1))
2408                 return;
2409
2410         for (;;) {
2411                 count = pv->pv_hold;
2412                 cpu_ccfence();
2413                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED|PV_HOLD_MASK)) >=
2414                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
2415                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2416                                       count &
2417                                       ~(PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_WAITING))) {
2418                         if (count & PV_HOLD_WAITING)
2419                                 wakeup(pv);
2420                         break;
2421                 }
2422         }
2423 }
2424
2425 /*
2426  * Unlock and drop a pv.  If the pv is no longer associated with a pmap
2427  * and the hold count drops to zero we will free it.
2428  *
2429  * Caller should not hold any spin locks.  We are protected from hold races
2430  * by virtue of holds only occuring only with a pmap_spin or vm_page_spin
2431  * lock held.  A pv cannot be located otherwise.
2432  */
2433 static
2434 void
2435 pv_put(pv_entry_t pv)
2436 {
2437         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 1, 0)) {
2438                 if (pv->pv_pmap == NULL)
2439                         zfree(pvzone, pv);
2440                 return;
2441         }
2442         pv_unlock(pv);
2443         pv_drop(pv);
2444 }
2445
2446 /*
2447  * Unlock, drop, and free a pv, destroying it.  The pv is removed from its
2448  * pmap.  Any pte operations must have already been completed.
2449  */
2450 static
2451 void
2452 pv_free(pv_entry_t pv)
2453 {
2454         pmap_t pmap;
2455
2456         KKASSERT(pv->pv_m == NULL);
2457         if ((pmap = pv->pv_pmap) != NULL) {
2458                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2459                 pv_entry_rb_tree_RB_REMOVE(&pmap->pm_pvroot, pv);
2460                 if (pmap->pm_pvhint == pv)
2461                         pmap->pm_pvhint = NULL;
2462                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
2463                 pv->pv_pmap = NULL;
2464                 pv->pv_pindex = 0;
2465                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2466         }
2467         pv_put(pv);
2468 }
2469
2470 /*
2471  * This routine is very drastic, but can save the system
2472  * in a pinch.
2473  */
2474 void
2475 pmap_collect(void)
2476 {
2477         int i;
2478         vm_page_t m;
2479         static int warningdone=0;
2480
2481         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
2482                 return;
2483         pmap_pagedaemon_waken = 0;
2484         if (warningdone < 5) {
2485                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- "
2486                         "suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
2487                 warningdone++;
2488         }
2489
2490         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
2491                 m = &vm_page_array[i];
2492                 if (m->wire_count || m->hold_count)
2493                         continue;
2494                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
2495                         if (m->wire_count == 0 && m->hold_count == 0) {
2496                                 pmap_remove_all(m);
2497                         }
2498                         vm_page_wakeup(m);
2499                 }
2500         }
2501 }
2502
2503 /*
2504  * Scan the pmap for active page table entries and issue a callback.
2505  * The callback must dispose of pte_pv.
2506  *
2507  * NOTE: Unmanaged page table entries will not have a pte_pv
2508  *
2509  * NOTE: Kernel page table entries will not have a pt_pv.  That is, wiring
2510  *       counts are not tracked in kernel page table pages.
2511  *
2512  * It is assumed that the start and end are properly rounded to the page size.
2513  */
2514 static void
2515 pmap_scan(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2516           void (*func)(pmap_t, struct pmap_inval_info *,
2517                        pv_entry_t, pv_entry_t, vm_offset_t,
2518                        pt_entry_t *, void *),
2519           void *arg)
2520 {
2521         pv_entry_t pdp_pv;      /* A page directory page PV */
2522         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
2523         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
2524         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
2525         pt_entry_t *ptep;
2526         vm_offset_t va_next;
2527         struct pmap_inval_info info;
2528         int error;
2529
2530         if (pmap == NULL)
2531                 return;
2532
2533         /*
2534          * Hold the token for stability; if the pmap is empty we have nothing
2535          * to do.
2536          */
2537         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
2538 #if 0
2539         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
2540                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2541                 return;
2542         }
2543 #endif
2544
2545         pmap_inval_init(&info);
2546
2547         /*
2548          * Special handling for removing one page, which is a very common
2549          * operation (it is?).
2550          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4
2551          */
2552         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2553                 if (sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2554                         /*
2555                          * Kernel mappings do not track wire counts on
2556                          * page table pages.
2557                          */
2558                         pt_pv = NULL;
2559                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(sva));
2560                         ptep = vtopte(sva);
2561                 } else {
2562                         /*
2563                          * User mappings may or may not have a pte_pv but
2564                          * will always have a pt_pv if the page is present.
2565                          */
2566                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(sva));
2567                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
2568                         if (pt_pv == NULL) {
2569                                 KKASSERT(pte_pv == NULL);
2570                                 goto fast_skip;
2571                         }
2572                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(sva));
2573                 }
2574                 if (*ptep == 0) {
2575                         /*
2576                          * Unlike the pv_find() case below we actually
2577                          * acquired a locked pv in this case so any
2578                          * race should have been resolved.  It is expected
2579                          * to not exist.
2580                          */
2581                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
2582                 } else if (pte_pv) {
2583                         KKASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) ==
2584                                  (PG_MANAGED|PG_V));
2585                         func(pmap, &info, pte_pv, pt_pv, sva, ptep, arg);
2586                 } else {
2587                         KKASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) ==
2588                                  PG_V);
2589                         func(pmap, &info, pte_pv, pt_pv, sva, ptep, arg);
2590                 }
2591                 if (pt_pv)
2592                         pv_put(pt_pv);
2593 fast_skip:
2594                 pmap_inval_done(&info);
2595                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2596                 return;
2597         }
2598
2599         /*
2600          * NOTE: kernel mappings do not track page table pages, only
2601          *       terminal pages.
2602          *
2603          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4.
2604          *       However, for the scan to be efficient we try to
2605          *       cache items top-down.
2606          */
2607         pdp_pv = NULL;
2608         pd_pv = NULL;
2609         pt_pv = NULL;
2610
2611         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2612                 lwkt_yield();
2613                 if (sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2614                         if (pt_pv) {
2615                                 pv_put(pt_pv);
2616                                 pt_pv = NULL;
2617                         }
2618                         goto kernel_skip;
2619                 }
2620
2621                 /*
2622                  * PDP cache
2623                  */
2624                 if (pdp_pv == NULL) {
2625                         pdp_pv = pv_get(pmap, pmap_pdp_pindex(sva));
2626                 } else if (pdp_pv->pv_pindex != pmap_pdp_pindex(sva)) {
2627                         pv_put(pdp_pv);
2628                         pdp_pv = pv_get(pmap, pmap_pdp_pindex(sva));
2629                 }
2630                 if (pdp_pv == NULL) {
2631                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2632                         if (va_next < sva)
2633                                 va_next = eva;
2634                         continue;
2635                 }
2636
2637                 /*
2638                  * PD cache
2639                  */
2640                 if (pd_pv == NULL) {
2641                         if (pdp_pv) {
2642                                 pv_put(pdp_pv);
2643                                 pdp_pv = NULL;
2644                         }
2645                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
2646                 } else if (pd_pv->pv_pindex != pmap_pd_pindex(sva)) {
2647                         pv_put(pd_pv);
2648                         if (pdp_pv) {
2649                                 pv_put(pdp_pv);
2650                                 pdp_pv = NULL;
2651                         }
2652                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
2653                 }
2654                 if (pd_pv == NULL) {
2655                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2656                         if (va_next < sva)
2657                                 va_next = eva;
2658                         continue;
2659                 }
2660
2661 retry_pt_pv:
2662                 /*
2663                  * PT cache
2664                  */
2665                 if (pt_pv == NULL) {
2666                         if (pdp_pv) {
2667                                 pv_put(pdp_pv);
2668                                 pdp_pv = NULL;
2669                         }
2670                         if (pd_pv) {
2671                                 pv_put(pd_pv);
2672                                 pd_pv = NULL;
2673                         }
2674                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
2675                 } else if (pt_pv->pv_pindex != pmap_pt_pindex(sva)) {
2676                         if (pdp_pv) {
2677                                 pv_put(pdp_pv);
2678                                 pdp_pv = NULL;
2679                         }
2680                         if (pd_pv) {
2681                                 pv_put(pd_pv);
2682                                 pd_pv = NULL;
2683                         }
2684                         pv_put(pt_pv);
2685                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
2686                 }
2687
2688                 /*
2689                  * We will scan or skip a page table page so adjust va_next
2690                  * either way.
2691                  */
2692                 if (pt_pv == NULL) {
2693                         va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2694                         if (va_next < sva)
2695                                 va_next = eva;
2696                         continue;
2697                 }
2698
2699                 /*
2700                  * From this point in the loop testing pt_pv for non-NULL
2701                  * means we are in UVM, else if it is NULL we are in KVM.
2702                  */
2703 kernel_skip:
2704                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2705                 if (va_next < sva)
2706                         va_next = eva;
2707
2708                 /*
2709                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2710                  * by the current page table page, or to the end of the
2711                  * range being removed.
2712                  *
2713                  * Scan the page table for pages.  Some pages may not be
2714                  * managed (might not have a pv_entry).
2715                  *
2716                  * There is no page table management for kernel pages so
2717                  * pt_pv will be NULL in that case, but otherwise pt_pv
2718                  * is non-NULL, locked, and referenced.
2719                  */
2720                 if (va_next > eva)
2721                         va_next = eva;
2722
2723                 /*
2724                  * At this point a non-NULL pt_pv means a UVA, and a NULL
2725                  * pt_pv means a KVA.
2726                  */
2727                 if (pt_pv)
2728                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(sva));
2729                 else
2730                         ptep = vtopte(sva);
2731
2732                 while (sva < va_next) {
2733                         /*
2734                          * NOTE: It is possible for an empty ptep to
2735                          *       race a pv removal by some other means
2736                          *       (typically via the vm_page_t).
2737                          *
2738                          *       For now debug the situation by locking
2739                          *       the potentially conflicting pv and
2740                          *       re-checking.
2741                          */
2742                         if (*ptep == 0) {
2743                                 pte_pv = pv_find(pmap, pmap_pte_pindex(sva));
2744                                 if (pte_pv == NULL) {
2745                                         sva += PAGE_SIZE;
2746                                         ++ptep;
2747                                         continue;
2748                                 }
2749
2750                                 /*
2751                                  * Possible race against another thread
2752                                  * removing the pte.
2753                                  */
2754                                 kprintf("pmap_scan: caught race func %p", func);
2755                                 if (pt_pv) {
2756                                         pv_put(pt_pv);   /* must be non-NULL */
2757                                         pt_pv = NULL;
2758                                 }
2759                                 pv_lock(pte_pv);        /* safe to block now */
2760                                 if (pte_pv->pv_pmap) {
2761                                         kprintf(", uh oh, pte_pv still good\n");
2762                                         panic("unexpected non-NULL pte_pv %p",
2763                                               pte_pv);
2764                                 } else {
2765                                         kprintf(", resolved ok\n");
2766                                 }
2767                                 pv_put(pte_pv);
2768                                 pte_pv = NULL;
2769                                 goto retry_pt_pv;
2770                         }
2771
2772                         /*
2773                          * We need a locked pte_pv as well but just like the
2774                          * above, the lock order is all wrong so if we
2775                          * cannot acquire it non-blocking we will have to
2776                          * undo a bunch of stuff and retry.
2777                          */
2778                         if (pt_pv) {
2779                                 pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(sva),
2780                                                     &error);
2781                                 if (error) {
2782                                         if (pdp_pv) {
2783                                                 pv_put(pdp_pv);
2784                                                 pdp_pv = NULL;
2785                                         }
2786                                         if (pd_pv) {
2787                                                 pv_put(pd_pv);
2788                                                 pd_pv = NULL;
2789                                         }
2790                                         pv_put(pt_pv);   /* must be non-NULL */
2791                                         pt_pv = NULL;
2792                                         pv_lock(pte_pv); /* safe to block now */
2793                                         pv_put(pte_pv);
2794                                         pte_pv = NULL;
2795                                         pt_pv = pv_get(pmap,
2796                                                        pmap_pt_pindex(sva));
2797                                         continue;
2798                                 }
2799                         } else {
2800                                 pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(sva));
2801                         }
2802
2803                         /*
2804                          * Ready for the callback.  The locked pte_pv (if
2805                          * not NULL) is consumed by the callback.
2806                          */
2807                         if (pte_pv) {
2808                                 KKASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) ==
2809                                          (PG_MANAGED|PG_V));
2810                                 func(pmap, &info, pte_pv, pt_pv, sva,
2811                                      ptep, arg);
2812                         } else {
2813                                 KKASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) ==
2814                                          PG_V);
2815                                 func(pmap, &info, pte_pv, pt_pv, sva,
2816                                      ptep, arg);
2817                         }
2818                         pte_pv = NULL;
2819                         sva += PAGE_SIZE;
2820                         ++ptep;
2821                 }
2822         }
2823         if (pdp_pv) {
2824                 pv_put(pdp_pv);
2825                 pdp_pv = NULL;
2826         }
2827         if (pd_pv) {
2828                 pv_put(pd_pv);
2829                 pd_pv = NULL;
2830         }
2831         if (pt_pv) {
2832                 pv_put(pt_pv);
2833                 pt_pv = NULL;
2834         }
2835         pmap_inval_done(&info);
2836         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2837 }
2838
2839 void
2840 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2841 {
2842         pmap_scan(pmap, sva, eva, pmap_remove_callback, NULL);
2843 }
2844
2845 static void
2846 pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_inval_info *info,
2847                      pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, vm_offset_t va,
2848                      pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
2849 {
2850         pt_entry_t pte;
2851
2852         if (pte_pv) {
2853                 /*
2854                  * This will also drop pt_pv's wire_count. Note that
2855                  * terminal pages are not wired based on mmu presence.
2856                  */
2857                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, info);
2858                 pmap_remove_pv_page(pte_pv, 0);
2859                 pv_free(pte_pv);
2860         } else {
2861                 /*
2862                  * pt_pv's wire_count is still bumped by unmanaged pages
2863                  * so we must decrement it manually.
2864                  */
2865                 pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2866                 pte = pte_load_clear(ptep);
2867                 pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2868                 if (pte & PG_W)
2869                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
2870                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
2871                 if (pt_pv && vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
2872                         panic("pmap_remove: insufficient wirecount");
2873         }
2874 }
2875
2876 /*
2877  * Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2878  * Reflects back modify bits to the pager.
2879  *
2880  * This routine may not be called from an interrupt.
2881  */
2882 static
2883 void
2884 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2885 {
2886         struct pmap_inval_info info;
2887         pv_entry_t pv;
2888
2889         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2890                 return;
2891
2892         pmap_inval_init(&info);
2893         vm_page_spin_lock(m);
2894         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2895                 KKASSERT(pv->pv_m == m);
2896                 if (pv_hold_try(pv)) {
2897                         vm_page_spin_unlock(m);
2898                 } else {
2899                         vm_page_spin_unlock(m);
2900                         pv_lock(pv);
2901                         if (pv->pv_m != m) {
2902                                 pv_put(pv);
2903                                 vm_page_spin_lock(m);
2904                                 continue;
2905                         }
2906                 }
2907                 /*
2908                  * Holding no spinlocks, pv is locked.
2909                  */
2910                 pmap_remove_pv_pte(pv, NULL, &info);
2911                 pmap_remove_pv_page(pv, 0);
2912                 pv_free(pv);
2913                 vm_page_spin_lock(m);
2914         }
2915         vm_page_spin_unlock(m);
2916         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2917         pmap_inval_done(&info);
2918 }
2919
2920 /*
2921  * pmap_protect:
2922  *
2923  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2924  *      as requested.
2925  *
2926  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2927  *      not the kernel_pmap.
2928  */
2929 void
2930 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2931 {
2932         /* JG review for NX */
2933
2934         if (pmap == NULL)
2935                 return;
2936         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2937                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2938                 return;
2939         }
2940         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2941                 return;
2942         pmap_scan(pmap, sva, eva, pmap_protect_callback, &prot);
2943 }
2944
2945 static
2946 void
2947 pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_inval_info *info,
2948                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, vm_offset_t va,
2949                       pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
2950 {
2951         pt_entry_t pbits;
2952         pt_entry_t cbits;
2953         vm_page_t m;
2954
2955         /*
2956          * XXX non-optimal.
2957          */
2958         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2959 again:
2960         pbits = *ptep;
2961         cbits = pbits;
2962         if (pte_pv) {
2963                 m = NULL;
2964                 if (pbits & PG_A) {
2965                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2966                         KKASSERT(m == pte_pv->pv_m);
2967                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2968                         cbits &= ~PG_A;
2969                 }
2970                 if (pbits & PG_M) {
2971                         if (pmap_track_modified(pte_pv->pv_pindex)) {
2972                                 if (m == NULL)
2973                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2974                                 vm_page_dirty(m);
2975                                 cbits &= ~PG_M;
2976                         }
2977                 }
2978         }
2979         cbits &= ~PG_RW;
2980         if (pbits != cbits && !atomic_cmpset_long(ptep, pbits, cbits)) {
2981                 goto again;
2982         }
2983         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2984         if (pte_pv)
2985                 pv_put(pte_pv);
2986 }
2987
2988 /*
2989  * Insert the vm_page (m) at the virtual address (va), replacing any prior
2990  * mapping at that address.  Set protection and wiring as requested.
2991  *
2992  * NOTE: This routine MUST insert the page into the pmap now, it cannot
2993  *       lazy-evaluate.
2994  */
2995 void
2996 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2997            boolean_t wired)
2998 {
2999         pmap_inval_info info;
3000         pv_entry_t pt_pv;       /* page table */
3001         pv_entry_t pte_pv;      /* page table entry */
3002         pt_entry_t *ptep;
3003         vm_paddr_t opa;
3004         pt_entry_t origpte, newpte;
3005         vm_paddr_t pa;
3006
3007         if (pmap == NULL)
3008                 return;
3009         va = trunc_page(va);
3010 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
3011         if (va >= KvaEnd)
3012                 panic("pmap_enter: toobig");
3013         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
3014                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table "
3015                       "pages (va: 0x%lx)", va);
3016 #endif
3017         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
3018                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with "
3019                         "kernel_pmap\n");
3020 #ifdef DDB
3021                 db_print_backtrace();
3022 #endif
3023         }
3024         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
3025                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without"
3026                         "kernel_pmap\n");
3027 #ifdef DDB
3028                 db_print_backtrace();
3029 #endif
3030         }
3031
3032         /*
3033          * Get locked PV entries for our new page table entry (pte_pv)
3034          * and for its parent page table (pt_pv).  We need the parent
3035          * so we can resolve the location of the ptep.
3036          *
3037          * Only hardware MMU actions can modify the ptep out from
3038          * under us.
3039          *
3040          * if (m) is fictitious or unmanaged we do not create a managing
3041          * pte_pv for it.  Any pre-existing page's management state must
3042          * match (avoiding code complexity).
3043          *
3044          * If the pmap is still being initialized we assume existing
3045          * page tables.
3046          *
3047          * Kernel mapppings do not track page table pages (i.e. pt_pv).
3048          * pmap_allocpte() checks the
3049          */
3050         if (pmap_initialized == FALSE) {
3051                 pte_pv = NULL;
3052                 pt_pv = NULL;
3053                 ptep = vtopte(va);
3054         } else if (m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) {
3055                 pte_pv = NULL;
3056                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3057                         pt_pv = NULL;
3058                         ptep = vtopte(va);
3059                 } else {
3060                         pt_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
3061                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
3062                 }
3063                 KKASSERT(*ptep == 0 || (*ptep & PG_MANAGED) == 0);
3064         } else {
3065                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3066                         pt_pv = NULL;
3067                         pte_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pte_pindex(va), NULL);
3068                         ptep = vtopte(va);
3069                 } else {
3070                         pte_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pte_pindex(va),
3071                                                &pt_pv);
3072                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
3073                 }
3074                 KKASSERT(*ptep == 0 || (*ptep & PG_MANAGED));
3075         }
3076
3077         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0)
3078                 pmap_inval_init(&info);
3079
3080         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3081         origpte = *ptep;
3082         opa = origpte & PG_FRAME;
3083
3084         /*
3085          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3086          */
3087         if (origpte && (opa == pa)) {
3088                 /*
3089                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3090                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3091                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3092                  * the PT page will be also.
3093                  */
3094                 KKASSERT(pte_pv == NULL || m == pte_pv->pv_m);
3095                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
3096                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, 1);
3097                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
3098                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
3099
3100 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3101                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
3102                         kprintf("pmap_enter: modified page not writable: "
3103                                 "va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n", va, origpte);
3104                 }
3105 #endif
3106
3107                 /*
3108                  * We might be turning off write access to the page,
3109                  * so we go ahead and sense modify status.
3110                  */
3111                 if (pte_pv) {
3112                         if ((origpte & PG_M) &&
3113                             pmap_track_modified(pte_pv->pv_pindex)) {
3114                                 vm_page_t om;
3115                                 om = pte_pv->pv_m;
3116                                 KKASSERT(PHYS_TO_VM_PAGE(opa) == om);
3117                                 vm_page_dirty(om);
3118                         }
3119                         pa |= PG_MANAGED;
3120                 }
3121                 goto validate;
3122         } 
3123
3124         /*
3125          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3126          * handle validating new mapping.
3127          *
3128          * We always interlock pte removals.
3129          */
3130         if (opa) {
3131                 if (pte_pv) {
3132                         /* XXX pmap_remove_pv_pte() unwires pt_pv */
3133                         vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
3134                         if (prot & VM_PROT_NOSYNC)
3135                                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, NULL);
3136                         else
3137                                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, &info);
3138                         if (pte_pv->pv_m)
3139                                 pmap_remove_pv_page(pte_pv, 0);
3140                 } else if (prot & VM_PROT_NOSYNC) {
3141                         *ptep = 0;
3142                         cpu_invlpg((void *)va);
3143                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3144                 } else {
3145                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
3146                         *ptep = 0;
3147                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3148                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3149                 }
3150                 KKASSERT(*ptep == 0);
3151         }
3152
3153         /*
3154          * Enter on the PV list if part of our managed memory.  Wiring is
3155          * handled automatically.
3156          */
3157         if (pte_pv) {
3158                 KKASSERT(pte_pv->pv_m == NULL);
3159                 vm_page_spin_lock(m);
3160                 pte_pv->pv_m = m;
3161                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pte_pv, pv_list);
3162                 /*
3163                 if (m->object)
3164                         atomic_add_int(&m->object->agg_pv_list_count, 1);
3165                 */
3166                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
3167                 vm_page_spin_unlock(m);
3168                 pa |= PG_MANAGED;
3169         }
3170
3171         /*
3172          * Increment counters
3173          */
3174         if (wired)
3175                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, 1);
3176
3177 validate:
3178         /*
3179          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3180          */
3181         newpte = (pt_entry_t)(pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
3182
3183         if (wired)
3184                 newpte |= PG_W;
3185         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
3186                 newpte |= PG_U;
3187         if (pmap == &kernel_pmap)
3188                 newpte |= pgeflag;
3189
3190         /*
3191          * If the mapping or permission bits are different, we need
3192          * to update the pte.
3193          *
3194          * We do not have to interlock pte insertions as no other
3195          * cpu will have a TLB entry.
3196          */
3197         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3198 #if 0
3199                 if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0)
3200                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
3201 #endif
3202                 *ptep = newpte | PG_A;
3203                 cpu_invlpg((void *)va);
3204 #if 0
3205                 if (prot & VM_PROT_NOSYNC)
3206                         cpu_invlpg((void *)va);
3207                 else
3208                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3209 #endif
3210                 if (newpte & PG_RW)
3211                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
3212                 if (pte_pv == NULL)
3213                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
3214         }
3215         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
3216         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0)
3217                 pmap_inval_done(&info);
3218
3219         /*
3220          * Cleanup the pv entry, allowing other accessors.
3221          */
3222         if (pte_pv)
3223                 pv_put(pte_pv);
3224         if (pt_pv)
3225                 pv_put(pt_pv);
3226 }
3227
3228 /*
3229  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
3230  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
3231  * VA.
3232  *
3233  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
3234  */
3235 void
3236 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
3237 {
3238         pmap_enter(pmap, va, m, VM_PROT_READ, FALSE);
3239 }
3240
3241 /*
3242  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3243  * to be used for panic dumps.
3244  *
3245  * The caller is responsible for calling smp_invltlb().
3246  */
3247 void *
3248 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
3249 {
3250         pmap_kenter_quick((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
3251         return ((void *)crashdumpmap);
3252 }
3253
3254 #define MAX_INIT_PT (96)
3255
3256 /*
3257  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
3258  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
3259  * immediately after an mmap.
3260  */
3261 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
3262
3263 void
3264 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
3265                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
3266                     vm_size_t size, int limit)
3267 {
3268         struct rb_vm_page_scan_info info;
3269         struct lwp *lp;
3270         vm_size_t psize;
3271
3272         /*
3273          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
3274          * or object.
3275          */
3276         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
3277                 return;
3278
3279         /*
3280          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
3281          */
3282         lp = curthread->td_lwp;
3283         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3284                 return;
3285
3286         psize = x86_64_btop(size);
3287
3288         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
3289                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
3290                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
3291                 return;
3292         }
3293
3294         if (pindex + psize > object->size) {
3295                 if (object->size < pindex)
3296                         return;           
3297                 psize = object->size - pindex;
3298         }
3299
3300         if (psize == 0)
3301                 return;
3302
3303         /*
3304          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
3305          * any valid pages found into the pmap.
3306          *
3307          * We cannot safely scan the object's memq without holding the
3308          * object token.
3309          */
3310         info.start_pindex = pindex;
3311         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
3312         info.limit = limit;
3313         info.mpte = NULL;
3314         info.addr = addr;
3315         info.pmap = pmap;
3316
3317         vm_object_hold(object);
3318         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
3319                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
3320         vm_object_drop(object);
3321 }
3322
3323 static
3324 int
3325 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
3326 {
3327         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
3328         vm_pindex_t rel_index;
3329
3330         /*
3331          * don't allow an madvise to blow away our really
3332          * free pages allocating pv entries.
3333          */
3334         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
3335                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
3336                     return(-1);
3337         }
3338         if (vm_page_busy_try(p, TRUE))
3339                 return 0;
3340         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
3341             (p->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3342                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
3343                         vm_page_deactivate(p);
3344                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
3345                 pmap_enter_quick(info->pmap,
3346                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
3347         }
3348         vm_page_wakeup(p);
3349         return(0);
3350 }
3351
3352 /*
3353  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially pre-fault the specified
3354  * address.
3355  *
3356  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a pte is already loaded
3357  * into the slot.
3358  */
3359 int
3360 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3361 {
3362         pt_entry_t *pte;
3363
3364         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3365         if ((pte = pmap_pte(pmap, addr)) != NULL) {
3366                 if (*pte & PG_V) {
3367                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3368                         return FALSE;
3369                 }
3370         }
3371         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3372         return TRUE;
3373 }
3374
3375 /*
3376  * Change the wiring attribute for a pmap/va pair.  The mapping must already
3377  * exist in the pmap.  The mapping may or may not be managed.
3378  */
3379 void
3380 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
3381 {
3382         pt_entry_t *ptep;
3383         pv_entry_t pv;
3384
3385         if (pmap == NULL)
3386                 return;
3387         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
3388         pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
3389         ptep = pv_pte_lookup(pv, pmap_pte_index(va));
3390
3391         if (wired && !pmap_pte_w(ptep))
3392                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, 1);
3393         else if (!wired && pmap_pte_w(ptep))
3394                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
3395
3396         /*
3397          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3398          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
3399          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
3400          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
3401          * wiring changes.
3402          */
3403 #ifdef SMP
3404         if (wired)
3405                 atomic_set_long(ptep, PG_W);
3406         else
3407                 atomic_clear_long(ptep, PG_W);
3408 #else
3409         if (wired)
3410                 atomic_set_long_nonlocked(ptep, PG_W);
3411         else
3412                 atomic_clear_long_nonlocked(ptep, PG_W);
3413 #endif
3414         pv_put(pv);
3415         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3416 }
3417
3418
3419
3420 /*
3421  * Copy the range specified by src_addr/len from the source map to
3422  * the range dst_addr/len in the destination map.
3423  *
3424  * This routine is only advisory and need not do anything.
3425  */
3426 void
3427 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
3428           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
3429 {
3430 }       
3431
3432 /*
3433  * pmap_zero_page:
3434  *
3435  *      Zero the specified physical page.
3436  *
3437  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3438  *      required.
3439  */
3440 void
3441 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3442 {
3443         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3444
3445         pagezero((void *)va);
3446 }
3447
3448 /*
3449  * pmap_page_assertzero:
3450  *
3451  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3452  */
3453 void
3454 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3455 {
3456         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3457         size_t i;
3458
3459         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3460                 if (*(long *)((char *)va + i) != 0) {
3461                         panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n",
3462                               (void *)(intptr_t)va);
3463                 }
3464         }
3465 }
3466
3467 /*
3468  * pmap_zero_page:
3469  *
3470  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3471  *      its contents with bzero.
3472  *
3473  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3474  */
3475 void
3476 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3477 {
3478         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3479
3480         bzero((char *)virt + off, size);
3481 }
3482
3483 /*
3484  * pmap_copy_page:
3485  *
3486  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3487  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3488  *      is required.
3489  */
3490 void
3491 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3492 {
3493         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3494
3495         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3496         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3497         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3498 }
3499
3500 /*
3501  * pmap_copy_page_frag:
3502  *
3503  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3504  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3505  *      is required.
3506  */
3507 void
3508 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3509 {
3510         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3511
3512         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3513         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3514
3515         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3516               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3517               bytes);
3518 }
3519
3520 /*
3521  * Returns true if the pmap's pv is one of the first 16 pvs linked to from
3522  * this page.  This count may be changed upwards or downwards in the future;
3523  * it is only necessary that true be returned for a small subset of pmaps
3524  * for proper page aging.
3525  */
3526 boolean_t
3527 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3528 {
3529         pv_entry_t pv;
3530         int loops = 0;
3531
3532         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3533                 return FALSE;
3534
3535         vm_page_spin_lock(m);
3536         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3537                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3538                         vm_page_spin_unlock(m);
3539                         return TRUE;
3540                 }
3541                 loops++;
3542                 if (loops >= 16)
3543                         break;
3544         }
3545         vm_page_spin_unlock(m);
3546         return (FALSE);
3547 }
3548
3549 /*
3550  * Remove all pages from specified address space this aids process exit
3551  * speeds.  Also, this code may be special cased for the current process
3552  * only.
3553  */
3554 void
3555 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3556 {
3557         pmap_remove(pmap, sva, eva);
3558 }
3559
3560 /*
3561  * pmap_testbit tests bits in pte's note that the testbit/clearbit
3562  * routines are inline, and a lot of things compile-time evaluate.
3563  */
3564 static
3565 boolean_t
3566 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3567 {
3568         pv_entry_t pv;
3569         pt_entry_t *pte;
3570
3571         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3572                 return FALSE;
3573
3574         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3575                 return FALSE;
3576         vm_page_spin_lock(m);
3577         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL) {
3578                 vm_page_spin_unlock(m);
3579                 return FALSE;
3580         }
3581
3582         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3583                 /*
3584                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3585                  * mark clean_map and ptes as never
3586                  * modified.
3587                  */
3588                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3589                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
3590                                 continue;
3591                 }
3592
3593 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3594                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3595                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3596                         continue;
3597                 }
3598 #endif
3599                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
3600                 if (*pte & bit) {
3601                         vm_page_spin_unlock(m);
3602                         return TRUE;
3603                 }
3604         }
3605         vm_page_spin_unlock(m);
3606         return (FALSE);
3607 }
3608
3609 /*
3610  * This routine is used to modify bits in ptes
3611  *
3612  * Caller must NOT hold any spin locks
3613  */
3614 static __inline
3615 void
3616 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3617 {
3618         struct pmap_inval_info info;
3619         pv_entry_t pv;
3620         pt_entry_t *pte;
3621         pt_entry_t pbits;
3622         vm_pindex_t save_pindex;
3623         pmap_t save_pmap;
3624
3625         if (bit == PG_RW)
3626                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3627         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
3628                 return;
3629         }
3630
3631         pmap_inval_init(&info);
3632
3633         /*
3634          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3635          * setting RO do we need to clear the VAC?
3636          */
3637         vm_page_spin_lock(m);
3638 restart:
3639         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3640                 /*
3641                  * don't write protect pager mappings
3642                  */
3643                 if (bit == PG_RW) {
3644                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
3645                                 continue;
3646                 }
3647
3648 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3649                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3650                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3651                         continue;
3652                 }
3653 #endif
3654
3655                 /*
3656                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3657                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3658                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3659                  *
3660                  * We do not have to force synchronization when clearing
3661                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3662                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3663                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3664                  */
3665                 if (bit & PG_RW) {
3666                         save_pmap = pv->pv_pmap;
3667                         save_pindex = pv->pv_pindex;
3668                         pv_hold(pv);
3669                         vm_page_spin_unlock(m);
3670                         pmap_inval_interlock(&info, save_pmap,
3671                                      (vm_offset_t)save_pindex << PAGE_SHIFT);
3672                         vm_page_spin_lock(m);
3673                         if (pv->pv_pmap == NULL) {
3674                                 pv_drop(pv);
3675                                 goto restart;
3676                         }
3677                         pv_drop(pv);
3678                 }
3679                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
3680 again:
3681                 pbits = *pte;
3682                 if (pbits & bit) {
3683                         if (bit == PG_RW) {
3684                                 if (pbits & PG_M) {
3685                                         vm_page_dirty(m);
3686                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3687                                 } else {
3688                                         /*
3689                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3690                                          * simultaniously with our clearing
3691                                          * of PG_RW.
3692                                          */
3693                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3694                                                                pbits & ~PG_RW))
3695                                                 goto again;
3696                                 }
3697                         } else if (bit == PG_M) {
3698                                 /*
3699                                  * We could also clear PG_RW here to force
3700                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3701                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3702                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
3703                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3704                                  * virtual page tables.
3705                                  */
3706                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3707                         } else {
3708                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3709                         }
3710                 }
3711                 if (bit & PG_RW) {
3712                         save_pmap = pv->pv_pmap;
3713                         pv_hold(pv);
3714                         vm_page_spin_unlock(m);
3715                         pmap_inval_deinterlock(&info, save_pmap);
3716                         vm_page_spin_lock(m);
3717                         if (pv->pv_pmap == NULL) {
3718                                 pv_drop(pv);
3719                                 goto restart;
3720                         }
3721                         pv_drop(pv);
3722                 }
3723         }
3724         vm_page_spin_unlock(m);
3725         pmap_inval_done(&info);
3726 }
3727
3728 /*
3729  * Lower the permission for all mappings to a given page.
3730  *
3731  * Page must be busied by caller.
3732  */
3733 void
3734 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3735 {
3736         /* JG NX support? */
3737         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3738                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3739                         /*
3740                          * NOTE: pmap_clearbit(.. PG_RW) also clears
3741                          *       the PG_WRITEABLE flag in (m).
3742                          */
3743                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3744                 } else {
3745                         pmap_remove_all(m);
3746                 }
3747         }
3748 }
3749
3750 vm_paddr_t
3751 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3752 {
3753         return (x86_64_ptob(ppn));
3754 }
3755
3756 /*
3757  * Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3758  * It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3759  * is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3760  * reference bits set.
3761  *
3762  * XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3763  * should be tested and standardized at some point in the future for
3764  * optimal aging of shared pages.
3765  *
3766  * This routine may not block.
3767  */
3768 int
3769 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3770 {
3771         pv_entry_t pv;
3772         pt_entry_t *pte;
3773         int rtval = 0;
3774
3775         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3776                 return (rtval);
3777
3778         vm_page_spin_lock(m);
3779         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3780                 if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
3781                         continue;
3782                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
3783                 if (pte && (*pte & PG_A)) {
3784 #ifdef SMP
3785                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
3786 #else
3787                         atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3788 #endif
3789                         rtval++;
3790                         if (rtval > 4)
3791                                 break;
3792                 }
3793         }
3794         vm_page_spin_unlock(m);
3795         return (rtval);
3796 }
3797
3798 /*
3799  *      pmap_is_modified:
3800  *
3801  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3802  *      in any physical maps.
3803  */
3804 boolean_t
3805 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3806 {
3807         boolean_t res;
3808
3809         res = pmap_testbit(m, PG_M);
3810         return (res);
3811 }
3812
3813 /*
3814  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3815  */
3816 void
3817 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3818 {
3819         pmap_clearbit(m, PG_M);
3820 }
3821
3822 /*
3823  *      pmap_clear_reference:
3824  *
3825  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3826  */
3827 void
3828 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3829 {
3830         pmap_clearbit(m, PG_A);
3831 }
3832
3833 /*
3834  * Miscellaneous support routines follow
3835  */
3836
3837 static
3838 void
3839 i386_protection_init(void)
3840 {
3841         int *kp, prot;
3842
3843         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3844         kp = protection_codes;
3845         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3846                 switch (prot) {
3847                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3848                         /*
3849                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3850                          * so just make it readable.
3851                          */
3852                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3853                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3854                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3855                         *kp++ = 0;
3856                         break;
3857                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3858                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3859                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3860                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3861                         *kp++ = PG_RW;
3862                         break;
3863                 }
3864         }
3865 }
3866
3867 /*
3868  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3869  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3870  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3871  * NOT real memory.
3872  *
3873  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3874  * a time.
3875  */
3876 void *
3877 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3878 {
3879         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3880         pt_entry_t *pte;
3881
3882         offset = pa & PAGE_MASK;
3883         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3884
3885         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3886         if (va == 0)
3887                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3888
3889         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3890         for (tmpva = va; size > 0;) {
3891                 pte = vtopte(tmpva);
3892                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */