sys/platform/pc64/x86_64/pmap.c

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