Merge branch 'master' of git://git.dragonflybsd.org/dragonfly
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
8  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
9  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
10  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
47  */
48
49 /*
50  *      Manages physical address maps.
51  *
52  *      In addition to hardware address maps, this
53  *      module is called upon to provide software-use-only
54  *      maps which may or may not be stored in the same
55  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
56  *      used to store intermediate results from copy
57  *      operations to and from address spaces.
58  *
59  *      Since the information managed by this module is
60  *      also stored by the logical address mapping module,
61  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
62  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
63  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
64  *      requested.
65  *
66  *      In order to cope with hardware architectures which
67  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
68  *      this module may delay invalidate or reduced protection
69  *      operations until such time as they are actually
70  *      necessary.  This module is given full information as
71  *      to which processors are currently using which maps,
72  *      and to when physical maps must be made correct.
73  */
74
75 #if JG
76 #include "opt_disable_pse.h"
77 #include "opt_pmap.h"
78 #endif
79 #include "opt_msgbuf.h"
80
81 #include <sys/param.h>
82 #include <sys/systm.h>
83 #include <sys/kernel.h>
84 #include <sys/proc.h>
85 #include <sys/msgbuf.h>
86 #include <sys/vmmeter.h>
87 #include <sys/mman.h>
88
89 #include <vm/vm.h>
90 #include <vm/vm_param.h>
91 #include <sys/sysctl.h>
92 #include <sys/lock.h>
93 #include <vm/vm_kern.h>
94 #include <vm/vm_page.h>
95 #include <vm/vm_map.h>
96 #include <vm/vm_object.h>
97 #include <vm/vm_extern.h>
98 #include <vm/vm_pageout.h>
99 #include <vm/vm_pager.h>
100 #include <vm/vm_zone.h>
101
102 #include <sys/user.h>
103 #include <sys/thread2.h>
104 #include <sys/sysref2.h>
105
106 #include <machine/cputypes.h>
107 #include <machine/md_var.h>
108 #include <machine/specialreg.h>
109 #include <machine/smp.h>
110 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
111 #include <machine/globaldata.h>
112 #include <machine/pmap.h>
113 #include <machine/pmap_inval.h>
114
115 #include <ddb/ddb.h>
116
117 #define PMAP_KEEP_PDIRS
118 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
119 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
120 #endif
121
122 #if defined(DIAGNOSTIC)
123 #define PMAP_DIAGNOSTIC
124 #endif
125
126 #define MINPV 2048
127
128 /*
129  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
130  */
131 static pd_entry_t *pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
132 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
133
134 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
135 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
136 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
137 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
138 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
139
140
141 /*
142  * Given a map and a machine independent protection code,
143  * convert to a vax protection code.
144  */
145 #define pte_prot(m, p)          \
146         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
147 static int protection_codes[8];
148
149 struct pmap kernel_pmap;
150 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
151
152 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
153 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
154 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
155 vm_offset_t virtual2_end;
156 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
157 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
158 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
159 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
160 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
161 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
162 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
163 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
164
165 static vm_object_t kptobj;
166
167 static int ndmpdp;
168 static vm_paddr_t dmaplimit;
169 static int nkpt;
170 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
171
172 static uint64_t KPTbase;
173 static uint64_t KPTphys;
174 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
175 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
176 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
177 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
178
179 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
180 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
181
182 /*
183  * Data for the pv entry allocation mechanism
184  */
185 static vm_zone_t pvzone;
186 static struct vm_zone pvzone_store;
187 static struct vm_object pvzone_obj;
188 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
189 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
190 static struct pv_entry *pvinit;
191
192 /*
193  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
194  */
195 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
196 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
197 static pt_entry_t *msgbufmap;
198 struct msgbuf *msgbufp=0;
199
200 /*
201  * Crashdump maps.
202  */
203 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
204 static caddr_t crashdumpmap;
205
206 extern pt_entry_t *SMPpt;
207 extern uint64_t SMPptpa;
208
209 #define DISABLE_PSE
210
211 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
212 static void i386_protection_init (void);
213 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
214 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
215 static int  pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq,
216                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
217 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
218                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
219 static int  pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
220                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
221 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
222 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
223                                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
224
225 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
226
227 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
228 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex);
229 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
230 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
231 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
232                                 pmap_inval_info_t info);
233 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
234 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
235
236 static unsigned pdir4mb;
237
238 /*
239  * Move the kernel virtual free pointer to the next
240  * 2MB.  This is used to help improve performance
241  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
242  * (.text, .data, .bss)
243  */
244 static
245 vm_offset_t
246 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
247 {
248         vm_offset_t newaddr = addr;
249
250         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
251         return newaddr;
252 }
253
254 /*
255  * pmap_pte_quick:
256  *
257  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
258  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
259  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
260  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
261  *
262  *      Should only be called while in a critical section.
263  */
264 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
265
266 static
267 pt_entry_t *
268 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
269 {
270         return pmap_pte(pmap, va);
271 }
272
273 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
274 static __inline
275 vm_pindex_t
276 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
277 {
278         return va >> PDRSHIFT;
279 }
280
281 /* Return various clipped indexes for a given VA */
282 static __inline
283 vm_pindex_t
284 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
285 {
286
287         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
288 }
289
290 static __inline
291 vm_pindex_t
292 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
293 {
294
295         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
296 }
297
298 static __inline
299 vm_pindex_t
300 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
301 {
302
303         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
304 }
305
306 static __inline
307 vm_pindex_t
308 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
309 {
310
311         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
312 }
313
314 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
315 static __inline
316 pml4_entry_t *
317 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
318 {
319
320         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
321 }
322
323 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
324 static __inline
325 pdp_entry_t *
326 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
327 {
328         pdp_entry_t *pdpe;
329
330         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
331         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
332 }
333
334 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
335 static __inline
336 pdp_entry_t *
337 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
338 {
339         pml4_entry_t *pml4e;
340
341         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
342         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
343                 return NULL;
344         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
345 }
346
347 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
348 static __inline
349 pd_entry_t *
350 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
351 {
352         pd_entry_t *pde;
353
354         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
355         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
356 }
357
358 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
359 static __inline
360 pd_entry_t *
361 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
362 {
363         pdp_entry_t *pdpe;
364
365         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
366         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
367                  return NULL;
368         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
369 }
370
371 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
372 static __inline
373 pt_entry_t *
374 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
375 {
376         pt_entry_t *pte;
377
378         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
379         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
380 }
381
382 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
383 static __inline
384 pt_entry_t *
385 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
386 {
387         pd_entry_t *pde;
388
389         pde = pmap_pde(pmap, va);
390         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
391                 return NULL;
392         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
393                 return ((pt_entry_t *)pde);
394         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
395 }
396
397 static __inline
398 pt_entry_t *
399 vtopte(vm_offset_t va)
400 {
401         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
402
403         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
404 }
405
406 static __inline
407 pd_entry_t *
408 vtopde(vm_offset_t va)
409 {
410         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
411
412         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
413 }
414
415 static uint64_t
416 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
417 {
418         uint64_t ret;
419
420         ret = *firstaddr;
421         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
422         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
423         return (ret);
424 }
425
426 static
427 void
428 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
429 {
430         int i;
431
432         /*
433          * We are running (mostly) V=P at this point
434          *
435          * Calculate NKPT - number of kernel page tables.  We have to
436          * accomodoate prealloction of the vm_page_array, dump bitmap,
437          * MSGBUF_SIZE, and other stuff.  Be generous.
438          *
439          * Maxmem is in pages.
440          */
441         nkpt = (Maxmem * (sizeof(struct vm_page) * 2) + MSGBUF_SIZE) / NBPDR;
442
443         /*
444          * Allocate pages
445          */
446         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt);
447         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
448         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
449         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
450
451         /*
452          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
453          * that is where we start populating the page table pages.
454          * Basically this is the end - 2.
455          */
456         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
457         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
458
459         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
460         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
461                 ndmpdp = 4;
462         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
463         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
464                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
465         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
466
467         /*
468          * Fill in the underlying page table pages for the area around
469          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
470          *
471          * Read-only from zero to physfree
472          * XXX not fully used, underneath 2M pages
473          */
474         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
475                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
476                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
477         }
478
479         /*
480          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
481          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
482          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
483          * data, bss, and initial pre-allocations.
484          */
485         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
486                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
487                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
488         }
489         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
490                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
491                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
492         }
493
494         /*
495          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
496          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
497          * above in the KERNBASE area.
498          */
499         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
500                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
501                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
502         }
503
504         /*
505          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
506          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
507          */
508         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
509                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
510                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
511                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
512                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
513         }
514
515         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
516         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
517         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
518                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
519                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
520                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
521                             PG_G | PG_M | PG_A;
522                 }
523                 /* And the direct map space's PDP */
524                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
525                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
526                             (i << PAGE_SHIFT);
527                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
528                 }
529         } else {
530                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
531                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
532                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
533                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
534                             PG_G | PG_M | PG_A;
535                 }
536         }
537
538         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
539         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
540         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
541
542         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
543         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
544         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
545
546         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
547         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
548         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
549 }
550
551 /*
552  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
553  *
554  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
555  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
556  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
557  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
558  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
559  *      (physical) address starting relative to 0]
560  */
561 void
562 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
563 {
564         vm_offset_t va;
565         pt_entry_t *pte;
566         struct mdglobaldata *gd;
567         int pg;
568
569         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
570         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
571         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
572
573         avail_start = *firstaddr;
574
575         /*
576          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
577          */
578         create_pagetables(firstaddr);
579
580         virtual2_start = KvaStart;
581         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
582
583         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
584         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
585
586         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
587
588         /* XXX do %cr0 as well */
589         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
590         load_cr3(KPML4phys);
591
592         /*
593          * Initialize protection array.
594          */
595         i386_protection_init();
596
597         /*
598          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
599          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
600          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
601          */
602         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
603         kernel_pmap.pm_count = 1;
604         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
605         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
606
607         /*
608          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
609          * mapping of pages.
610          */
611 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
612         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
613
614         va = virtual_start;
615         pte = vtopte(va);
616
617         /*
618          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
619          */
620         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
621
622         /*
623          * Crashdump maps.
624          */
625         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
626
627         /*
628          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
629          * /dev/mem.
630          */
631         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
632
633         /*
634          * msgbufp is used to map the system message buffer.
635          * XXX msgbufmap is not used.
636          */
637         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
638                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
639
640         virtual_start = va;
641
642         *CMAP1 = 0;
643
644         /*
645          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
646          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
647          * works under UP because self-referential page table mappings
648          */
649 #ifdef SMP
650         pgeflag = 0;
651 #else
652         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
653                 pgeflag = PG_G;
654 #endif
655         
656 /*
657  * Initialize the 4MB page size flag
658  */
659         pseflag = 0;
660 /*
661  * The 4MB page version of the initial
662  * kernel page mapping.
663  */
664         pdir4mb = 0;
665
666 #if !defined(DISABLE_PSE)
667         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
668                 pt_entry_t ptditmp;
669                 /*
670                  * Note that we have enabled PSE mode
671                  */
672                 pseflag = PG_PS;
673                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
674                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
675                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
676                 pdir4mb = ptditmp;
677
678 #ifndef SMP
679                 /*
680                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
681                  * now because the APs will not be able to use it when
682                  * they boot up.
683                  */
684                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
685
686                 /*
687                  * We can do the mapping here for the single processor
688                  * case.  We simply ignore the old page table page from
689                  * now on.
690                  */
691                 /*
692                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
693                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
694                  */
695                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
696                 cpu_invltlb();
697 #endif
698         }
699 #endif
700
701         /*
702          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
703          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
704          * portion.
705          */
706         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
707         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
708         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
709         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
710         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
711         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
712         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
713         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
714         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
715         gd->gd_PADDR1 = (pt_entry_t *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
716
717         cpu_invltlb();
718 }
719
720 #ifdef SMP
721 /*
722  * Set 4mb pdir for mp startup
723  */
724 void
725 pmap_set_opt(void)
726 {
727         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
728                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
729                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
730                         cpu_invltlb();
731                 }
732         }
733 }
734 #endif
735
736 /*
737  *      Initialize the pmap module.
738  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
739  *      system needs to map virtual memory.
740  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
741  *      way, discontiguous physical memory.
742  */
743 void
744 pmap_init(void)
745 {
746         int i;
747         int initial_pvs;
748
749         /*
750          * object for kernel page table pages
751          */
752         /* JG I think the number can be arbitrary */
753         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, 5);
754
755         /*
756          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
757          * pv_head_table.
758          */
759
760         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
761                 vm_page_t m;
762
763                 m = &vm_page_array[i];
764                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
765                 m->md.pv_list_count = 0;
766         }
767
768         /*
769          * init the pv free list
770          */
771         initial_pvs = vm_page_array_size;
772         if (initial_pvs < MINPV)
773                 initial_pvs = MINPV;
774         pvzone = &pvzone_store;
775         pvinit = (struct pv_entry *) kmem_alloc(&kernel_map,
776                 initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
777         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry), pvinit,
778                 initial_pvs);
779
780         /*
781          * Now it is safe to enable pv_table recording.
782          */
783         pmap_initialized = TRUE;
784 #ifdef SMP
785         lapic = pmap_mapdev_uncacheable(cpu_apic_address, sizeof(struct LAPIC));
786 #endif
787 }
788
789 /*
790  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
791  * high water mark so that the system can recover from excessive
792  * numbers of pv entries.
793  */
794 void
795 pmap_init2(void)
796 {
797         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
798
799         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
800         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
801         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
802         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
803         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, pv_entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
804 }
805
806
807 /***************************************************
808  * Low level helper routines.....
809  ***************************************************/
810
811 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
812
813 /*
814  * This code checks for non-writeable/modified pages.
815  * This should be an invalid condition.
816  */
817 static
818 int
819 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
820 {
821         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
822                 return 1;
823         else
824                 return 0;
825 }
826 #endif
827
828
829 /*
830  * this routine defines the region(s) of memory that should
831  * not be tested for the modified bit.
832  */
833 static __inline
834 int
835 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
836 {
837         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
838                 return 1;
839         else
840                 return 0;
841 }
842
843 /*
844  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
845  *
846  * The caller must hold vm_token if non-blocking operation is desired.
847  */
848 vm_paddr_t 
849 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
850 {
851         vm_paddr_t rtval;
852         pt_entry_t *pte;
853         pd_entry_t pde, *pdep;
854
855         lwkt_gettoken(&vm_token);
856         rtval = 0;
857         pdep = pmap_pde(pmap, va);
858         if (pdep != NULL) {
859                 pde = *pdep;
860                 if (pde) {
861                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
862                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
863                         } else {
864                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
865                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
866                         }
867                 }
868         }
869         lwkt_reltoken(&vm_token);
870         return rtval;
871 }
872
873 /*
874  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
875  */
876 vm_paddr_t
877 pmap_kextract(vm_offset_t va)
878 {
879         pd_entry_t pde;
880         vm_paddr_t pa;
881
882         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
883                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
884         } else {
885                 pde = *vtopde(va);
886                 if (pde & PG_PS) {
887                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
888                 } else {
889                         /*
890                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
891                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
892                          * be used to access the PTE because it would use the
893                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
894                          * because the page table page is preserved by the
895                          * promotion.
896                          */
897                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
898                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
899                 }
900         }
901         return pa;
902 }
903
904 /***************************************************
905  * Low level mapping routines.....
906  ***************************************************/
907
908 /*
909  * Routine: pmap_kenter
910  * Function:
911  *      Add a wired page to the KVA
912  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
913  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
914  */
915 void 
916 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
917 {
918         pt_entry_t *pte;
919         pt_entry_t npte;
920         pmap_inval_info info;
921
922         pmap_inval_init(&info);
923         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
924         pte = vtopte(va);
925         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
926         *pte = npte;
927         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
928         pmap_inval_done(&info);
929 }
930
931 /*
932  * Routine: pmap_kenter_quick
933  * Function:
934  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
935  *      mapping on the current CPU.
936  */
937 void
938 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
939 {
940         pt_entry_t *pte;
941         pt_entry_t npte;
942
943         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
944         pte = vtopte(va);
945         *pte = npte;
946         cpu_invlpg((void *)va);
947 }
948
949 void
950 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
951 {
952         pmap_inval_info info;
953
954         pmap_inval_init(&info);
955         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
956         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
957         pmap_inval_done(&info);
958 }
959
960 void
961 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
962 {
963         cpu_invlpg((void *)va);
964 }
965
966 /*
967  * remove a page from the kernel pagetables
968  */
969 void
970 pmap_kremove(vm_offset_t va)
971 {
972         pt_entry_t *pte;
973         pmap_inval_info info;
974
975         pmap_inval_init(&info);
976         pte = vtopte(va);
977         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
978         *pte = 0;
979         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
980         pmap_inval_done(&info);
981 }
982
983 void
984 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
985 {
986         pt_entry_t *pte;
987         pte = vtopte(va);
988         *pte = 0;
989         cpu_invlpg((void *)va);
990 }
991
992 /*
993  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
994  */
995 void
996 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
997 {
998         *vtopte(va) |= PG_RW;
999         cpu_invlpg((void *)va);
1000 }
1001
1002 void
1003 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1004 {
1005         *vtopte(va) |= PG_N;
1006         cpu_invlpg((void *)va);
1007 }
1008
1009 /*
1010  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
1011  * address space during the low level boot, typically to map the
1012  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
1013  *
1014  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
1015  * kernel text+data.
1016  *
1017  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
1018  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
1019  * have access to the related pointers.
1020  */
1021 vm_offset_t
1022 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1023 {
1024         vm_offset_t va;
1025         vm_offset_t va_start;
1026
1027         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
1028
1029         va_start = *virtp;
1030         va = va_start;
1031
1032         while (start < end) {
1033                 pmap_kenter_quick(va, start);
1034                 va += PAGE_SIZE;
1035                 start += PAGE_SIZE;
1036         }
1037         *virtp = va;
1038         return va_start;
1039 }
1040
1041
1042 /*
1043  * Add a list of wired pages to the kva
1044  * this routine is only used for temporary
1045  * kernel mappings that do not need to have
1046  * page modification or references recorded.
1047  * Note that old mappings are simply written
1048  * over.  The page *must* be wired.
1049  */
1050 void
1051 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1052 {
1053         vm_offset_t end_va;
1054
1055         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1056                 
1057         while (va < end_va) {
1058                 pt_entry_t *pte;
1059
1060                 pte = vtopte(va);
1061                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1062                 cpu_invlpg((void *)va);
1063                 va += PAGE_SIZE;
1064                 m++;
1065         }
1066 #ifdef SMP
1067         smp_invltlb();  /* XXX */
1068 #endif
1069 }
1070
1071 /*
1072  * This routine jerks page mappings from the
1073  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1074  *
1075  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1076  */
1077 void
1078 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1079 {
1080         vm_offset_t end_va;
1081
1082         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1083
1084         while (va < end_va) {
1085                 pt_entry_t *pte;
1086
1087                 pte = vtopte(va);
1088                 *pte = 0;
1089                 cpu_invlpg((void *)va);
1090                 va += PAGE_SIZE;
1091         }
1092 #ifdef SMP
1093         smp_invltlb();
1094 #endif
1095 }
1096
1097 /*
1098  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
1099  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
1100  *
1101  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
1102  * the call should be made with a critical section held so the page's object
1103  * association remains valid on return.
1104  */
1105 static
1106 vm_page_t
1107 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1108 {
1109         vm_page_t m;
1110
1111         do {
1112                 m = vm_page_lookup(object, pindex);
1113         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"));
1114
1115         return(m);
1116 }
1117
1118 /*
1119  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1120  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1121  */
1122 void
1123 pmap_init_thread(thread_t td)
1124 {
1125         /* enforce pcb placement */
1126         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1127         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1128         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16; /* JG is -16 needed on x86_64? */
1129 }
1130
1131 /*
1132  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1133  */
1134 void
1135 pmap_init_proc(struct proc *p)
1136 {
1137 }
1138
1139 /*
1140  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1141  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1142  */
1143 void
1144 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1145 {
1146         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1147 }
1148
1149 /***************************************************
1150  * Page table page management routines.....
1151  ***************************************************/
1152
1153 /*
1154  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1155  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1156  */
1157 static __inline
1158 int
1159 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1160                      pmap_inval_info_t info)
1161 {
1162         KKASSERT(m->hold_count > 0);
1163         if (m->hold_count > 1) {
1164                 vm_page_unhold(m);
1165                 return 0;
1166         } else {
1167                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, info);
1168         }
1169 }
1170
1171 static
1172 int
1173 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1174                       pmap_inval_info_t info)
1175 {
1176         /* 
1177          * Wait until we can busy the page ourselves.  We cannot have
1178          * any active flushes if we block.  We own one hold count on the
1179          * page so it cannot be freed out from under us.
1180          */
1181         if (m->flags & PG_BUSY) {
1182                 pmap_inval_flush(info);
1183                 while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
1184                         ;
1185         }
1186         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1187                 ("_pmap_unwire_pte_hold: %p->queue != PQ_NONE", m));
1188
1189         /*
1190          * This case can occur if new references were acquired while
1191          * we were blocked.
1192          */
1193         if (m->hold_count > 1) {
1194                 KKASSERT(m->hold_count > 1);
1195                 vm_page_unhold(m);
1196                 return 0;
1197         }
1198
1199         /*
1200          * Unmap the page table page
1201          */
1202         KKASSERT(m->hold_count == 1);
1203         vm_page_busy(m);
1204         pmap_inval_interlock(info, pmap, -1);
1205
1206         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1207                 /* PDP page */
1208                 pml4_entry_t *pml4;
1209                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1210                 *pml4 = 0;
1211         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1212                 /* PD page */
1213                 pdp_entry_t *pdp;
1214                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1215                 *pdp = 0;
1216         } else {
1217                 /* PT page */
1218                 pd_entry_t *pd;
1219                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1220                 *pd = 0;
1221         }
1222
1223         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1224         --pmap->pm_stats.resident_count;
1225
1226         if (pmap->pm_ptphint == m)
1227                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1228         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
1229
1230         if (m->pindex < NUPDE) {
1231                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1232                 vm_page_t pdpg;
1233
1234                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1235                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, info);
1236         }
1237         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1238                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1239                 vm_page_t pdppg;
1240
1241                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1242                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, info);
1243         }
1244
1245         /*
1246          * This was our last hold, the page had better be unwired
1247          * after we decrement wire_count.
1248          *
1249          * FUTURE NOTE: shared page directory page could result in
1250          * multiple wire counts.
1251          */
1252         vm_page_unhold(m);
1253         --m->wire_count;
1254         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1255         --vmstats.v_wire_count;
1256         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1257         vm_page_flash(m);
1258         vm_page_free_zero(m);
1259
1260         return 1;
1261 }
1262
1263 /*
1264  * After removing a page table entry, this routine is used to
1265  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1266  */
1267 static
1268 int
1269 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1270                 pmap_inval_info_t info)
1271 {
1272         vm_pindex_t ptepindex;
1273
1274         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS)
1275                 return 0;
1276
1277         if (mpte == NULL) {
1278                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1279 #if JGHINT
1280                 if (pmap->pm_ptphint &&
1281                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1282                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1283                 } else {
1284 #endif
1285                         pmap_inval_flush(info);
1286                         mpte = pmap_page_lookup(pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1287                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1288 #if JGHINT
1289                 }
1290 #endif
1291         }
1292         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, info);
1293 }
1294
1295 /*
1296  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1297  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1298  *
1299  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1300  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1301  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1302  */
1303 void
1304 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1305 {
1306         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1307         pmap->pm_count = 1;
1308         pmap->pm_active = 0;
1309         pmap->pm_ptphint = NULL;
1310         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1311         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1312 }
1313
1314 /*
1315  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1316  * such as one in a vmspace structure.
1317  */
1318 void
1319 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1320 {
1321         vm_page_t ptdpg;
1322
1323         /*
1324          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1325          * page directory table.
1326          */
1327         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1328                 pmap->pm_pml4 =
1329                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1330         }
1331
1332         /*
1333          * Allocate an object for the ptes
1334          */
1335         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1336                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I + 1);
1337
1338         /*
1339          * Allocate the page directory page, unless we already have
1340          * one cached.  If we used the cached page the wire_count will
1341          * already be set appropriately.
1342          */
1343         if ((ptdpg = pmap->pm_pdirm) == NULL) {
1344                 ptdpg = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I,
1345                                      VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1346                 pmap->pm_pdirm = ptdpg;
1347                 vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY);
1348                 ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1349                 if (ptdpg->wire_count == 0)
1350                         ++vmstats.v_wire_count;
1351                 ptdpg->wire_count = 1;
1352                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1353         }
1354         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1355                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1356
1357         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1358         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1359
1360         /* install self-referential address mapping entry */
1361         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1362
1363         pmap->pm_count = 1;
1364         pmap->pm_active = 0;
1365         pmap->pm_ptphint = NULL;
1366         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1367         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1368         pmap->pm_stats.resident_count = 1;
1369 }
1370
1371 /*
1372  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1373  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1374  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1375  * of cleanup work to do here.
1376  */
1377 void
1378 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1379 {
1380         vm_page_t p;
1381
1382         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1383         lwkt_gettoken(&vm_token);
1384         if ((p = pmap->pm_pdirm) != NULL) {
1385                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != NULL);
1386                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1387                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1388                 p->wire_count--;
1389                 vmstats.v_wire_count--;
1390                 KKASSERT((p->flags & PG_BUSY) == 0);
1391                 vm_page_busy(p);
1392                 vm_page_free_zero(p);
1393                 pmap->pm_pdirm = NULL;
1394         }
1395         if (pmap->pm_pml4) {
1396                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1397                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1398                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1399         }
1400         if (pmap->pm_pteobj) {
1401                 vm_object_deallocate(pmap->pm_pteobj);
1402                 pmap->pm_pteobj = NULL;
1403         }
1404         lwkt_reltoken(&vm_token);
1405 }
1406
1407 /*
1408  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1409  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1410  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1411  * then copies the template.
1412  */
1413 void
1414 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1415 {
1416         crit_enter();
1417         lwkt_gettoken(&vm_token);
1418         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1419         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1420         lwkt_reltoken(&vm_token);
1421         crit_exit();
1422 }
1423
1424 /*
1425  * Attempt to release and free a vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1426  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1427  *
1428  * When asked to remove the page directory page itself, we actually just
1429  * leave it cached so we do not have to incur the SMP inval overhead of
1430  * removing the kernel mapping.  pmap_puninit() will take care of it.
1431  */
1432 static
1433 int
1434 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1435 {
1436         /*
1437          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1438          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1439          * might as well be placed directly into the zero queue.
1440          */
1441         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1442                 return 0;
1443
1444         vm_page_busy(p);
1445
1446         /*
1447          * Remove the page table page from the processes address space.
1448          */
1449         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1450                 /*
1451                  * We are the pml4 table itself.
1452                  */
1453                 /* XXX anything to do here? */
1454         } else if (p->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1455                 /*
1456                  * Remove a PDP page from the PML4.  We do not maintain
1457                  * hold counts on the PML4 page.
1458                  */
1459                 pml4_entry_t *pml4;
1460                 vm_page_t m4;
1461                 int idx;
1462
1463                 m4 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I);
1464                 KKASSERT(m4 != NULL);
1465                 pml4 = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m4));
1466                 idx = (p->pindex - (NUPDE + NUPDPE)) % NPML4EPG;
1467                 KKASSERT(pml4[idx] != 0);
1468                 pml4[idx] = 0;
1469         } else if (p->pindex >= NUPDE) {
1470                 /*
1471                  * Remove a PD page from the PDP and drop the hold count
1472                  * on the PDP.  The PDP is left cached in the pmap if
1473                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1474                  * intact.
1475                  */
1476                 vm_page_t m3;
1477                 pdp_entry_t *pdp;
1478                 int idx;
1479
1480                 m3 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1481                                 NUPDE + NUPDPE + (p->pindex - NUPDE) / NPDPEPG);
1482                 KKASSERT(m3 != NULL);
1483                 pdp = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m3));
1484                 idx = (p->pindex - NUPDE) % NPDPEPG;
1485                 KKASSERT(pdp[idx] != 0);
1486                 pdp[idx] = 0;
1487                 m3->hold_count--;
1488         } else {
1489                 /*
1490                  * Remove a PT page from the PD and drop the hold count
1491                  * on the PD.  The PD is left cached in the pmap if
1492                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1493                  * intact.
1494                  */
1495                 vm_page_t m2;
1496                 pd_entry_t *pd;
1497                 int idx;
1498
1499                 m2 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1500                                     NUPDE + p->pindex / NPDEPG);
1501                 KKASSERT(m2 != NULL);
1502                 pd = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m2));
1503                 idx = p->pindex % NPDEPG;
1504                 pd[idx] = 0;
1505                 m2->hold_count--;
1506         }
1507
1508         /*
1509          * One fewer mappings in the pmap.  p's hold count had better
1510          * be zero.
1511          */
1512         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1513         --pmap->pm_stats.resident_count;
1514         if (p->hold_count)
1515                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1516         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1517                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1518
1519         /*
1520          * We leave the top-level page table page cached, wired, and mapped in
1521          * the pmap until the dtor function (pmap_puninit()) gets called.
1522          * However, still clean it up so we can set PG_ZERO.
1523          */
1524         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1525                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1526                 vm_page_flag_set(p, PG_ZERO);
1527                 vm_page_wakeup(p);
1528         } else {
1529                 p->wire_count--;
1530                 KKASSERT(p->wire_count == 0);
1531                 vmstats.v_wire_count--;
1532                 /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1533                 vm_page_free(p);
1534         }
1535         return 1;
1536 }
1537
1538 /*
1539  * This routine is called when various levels in the page table need to
1540  * be populated.  This routine cannot fail.
1541  */
1542 static
1543 vm_page_t
1544 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex)
1545 {
1546         vm_page_t m;
1547
1548         /*
1549          * Find or fabricate a new pagetable page.  This will busy the page.
1550          */
1551         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1552                          VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1553         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1554                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1555         }
1556
1557         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1558                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1559
1560         /*
1561          * Increment the hold count for the page we will be returning to
1562          * the caller.
1563          */
1564         m->hold_count++;
1565         if (m->wire_count++ == 0)
1566                 vmstats.v_wire_count++;
1567
1568         /*
1569          * Map the pagetable page into the process address space, if
1570          * it isn't already there.
1571          *
1572          * It is possible that someone else got in and mapped the page
1573          * directory page while we were blocked, if so just unbusy and
1574          * return the held page.
1575          */
1576         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1577                 /*
1578                  * Wire up a new PDP page in the PML4
1579                  */
1580                 vm_pindex_t pml4index;
1581                 pml4_entry_t *pml4;
1582
1583                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1584                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1585                 if (*pml4 & PG_V) {
1586                         if (--m->wire_count == 0)
1587                                 --vmstats.v_wire_count;
1588                         vm_page_wakeup(m);
1589                         return(m);
1590                 }
1591                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1592         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1593                 /*
1594                  * Wire up a new PD page in the PDP
1595                  */
1596                 vm_pindex_t pml4index;
1597                 vm_pindex_t pdpindex;
1598                 vm_page_t pdppg;
1599                 pml4_entry_t *pml4;
1600                 pdp_entry_t *pdp;
1601
1602                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1603                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1604
1605                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1606                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1607                         /*
1608                          * Have to allocate a new PDP page, recurse.
1609                          * This always succeeds.  Returned page will
1610                          * be held.
1611                          */
1612                         pdppg = _pmap_allocpte(pmap,
1613                                                NUPDE + NUPDPE + pml4index);
1614                 } else {
1615                         /*
1616                          * Add a held reference to the PDP page.
1617                          */
1618                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1619                         pdppg->hold_count++;
1620                 }
1621
1622                 /*
1623                  * Now find the pdp_entry and map the PDP.  If the PDP
1624                  * has already been mapped unwind and return the
1625                  * already-mapped PDP held.
1626                  *
1627                  * pdppg is left held (hold_count is incremented for
1628                  * each PD in the PDP).
1629                  */
1630                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1631                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1632                 if (*pdp & PG_V) {
1633                         vm_page_unhold(pdppg);
1634                         if (--m->wire_count == 0)
1635                                 --vmstats.v_wire_count;
1636                         vm_page_wakeup(m);
1637                         return(m);
1638                 }
1639                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1640         } else {
1641                 /*
1642                  * Wire up the new PT page in the PD
1643                  */
1644                 vm_pindex_t pml4index;
1645                 vm_pindex_t pdpindex;
1646                 pml4_entry_t *pml4;
1647                 pdp_entry_t *pdp;
1648                 pd_entry_t *pd;
1649                 vm_page_t pdpg;
1650
1651                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1652                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1653
1654                 /*
1655                  * Locate the PDP page in the PML4, then the PD page in
1656                  * the PDP.  If either does not exist we simply recurse
1657                  * to allocate them.
1658                  *
1659                  * We can just recurse on the PD page as it will recurse
1660                  * on the PDP if necessary.
1661                  */
1662                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1663                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1664                         pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1665                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1666                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1667                 } else {
1668                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1669                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1670                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1671                                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1672                         } else {
1673                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1674                                 pdpg->hold_count++;
1675                         }
1676                 }
1677
1678                 /*
1679                  * Now fill in the pte in the PD.  If the pte already exists
1680                  * (again, if we raced the grab), unhold pdpg and unwire
1681                  * m, returning a held m.
1682                  *
1683                  * pdpg is left held (hold_count is incremented for
1684                  * each PT in the PD).
1685                  */
1686                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1687                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1688                 if (*pd != 0) {
1689                         vm_page_unhold(pdpg);
1690                         if (--m->wire_count == 0)
1691                                 --vmstats.v_wire_count;
1692                         vm_page_wakeup(m);
1693                         return(m);
1694                 }
1695                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1696         }
1697
1698         /*
1699          * We successfully loaded a PDP, PD, or PTE.  Set the page table hint,
1700          * valid bits, mapped flag, unbusy, and we're done.
1701          */
1702         pmap->pm_ptphint = m;
1703         ++pmap->pm_stats.resident_count;
1704
1705         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1706         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1707         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1708         vm_page_wakeup(m);
1709
1710         return (m);
1711 }
1712
1713 static
1714 vm_page_t
1715 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1716 {
1717         vm_pindex_t ptepindex;
1718         pd_entry_t *pd;
1719         vm_page_t m;
1720
1721         /*
1722          * Calculate pagetable page index
1723          */
1724         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1725
1726         /*
1727          * Get the page directory entry
1728          */
1729         pd = pmap_pde(pmap, va);
1730
1731         /*
1732          * This supports switching from a 2MB page to a
1733          * normal 4K page.
1734          */
1735         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1736                 panic("no promotion/demotion yet");
1737                 *pd = 0;
1738                 pd = NULL;
1739                 cpu_invltlb();
1740                 smp_invltlb();
1741         }
1742
1743         /*
1744          * If the page table page is mapped, we just increment the
1745          * hold count, and activate it.
1746          */
1747         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1748                 /* YYY hint is used here on i386 */
1749                 m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1750                 pmap->pm_ptphint = m;
1751                 m->hold_count++;
1752                 return m;
1753         }
1754         /*
1755          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1756          */
1757         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1758 }
1759
1760
1761 /***************************************************
1762  * Pmap allocation/deallocation routines.
1763  ***************************************************/
1764
1765 /*
1766  * Release any resources held by the given physical map.
1767  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1768  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1769  */
1770 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1771
1772 void
1773 pmap_release(struct pmap *pmap)
1774 {
1775         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1776         struct rb_vm_page_scan_info info;
1777
1778         KASSERT(pmap->pm_active == 0, ("pmap still active! %08x", pmap->pm_active));
1779 #if defined(DIAGNOSTIC)
1780         if (object->ref_count != 1)
1781                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1782 #endif
1783         
1784         info.pmap = pmap;
1785         info.object = object;
1786         crit_enter();
1787         lwkt_gettoken(&vm_token);
1788         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1789         crit_exit();
1790
1791         do {
1792                 crit_enter();
1793                 info.error = 0;
1794                 info.mpte = NULL;
1795                 info.limit = object->generation;
1796
1797                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1798                                         pmap_release_callback, &info);
1799                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1800                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1801                                 info.error = 1;
1802                 }
1803                 crit_exit();
1804         } while (info.error);
1805         lwkt_reltoken(&vm_token);
1806 }
1807
1808 static
1809 int
1810 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1811 {
1812         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1813
1814         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1815                 info->mpte = p;
1816                 return(0);
1817         }
1818         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1819                 info->error = 1;
1820                 return(-1);
1821         }
1822         if (info->object->generation != info->limit) {
1823                 info->error = 1;
1824                 return(-1);
1825         }
1826         return(0);
1827 }
1828
1829 /*
1830  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1831  */
1832 void
1833 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1834 {
1835         vm_paddr_t paddr;
1836         vm_offset_t ptppaddr;
1837         vm_page_t nkpg;
1838         pd_entry_t *pde, newpdir;
1839         pdp_entry_t newpdp;
1840
1841         crit_enter();
1842         lwkt_gettoken(&vm_token);
1843         if (kernel_vm_end == 0) {
1844                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1845                 nkpt = 0;
1846                 while ((*pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1847                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1848                         nkpt++;
1849                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1850                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1851                                 break;                       
1852                         }
1853                 }
1854         }
1855         addr = roundup2(addr, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1856         if (addr - 1 >= kernel_map.max_offset)
1857                 addr = kernel_map.max_offset;
1858         while (kernel_vm_end < addr) {
1859                 pde = pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end);
1860                 if (pde == NULL) {
1861                         /* We need a new PDP entry */
1862                         nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1863                                              VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM
1864                                              | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1865                         if (nkpg == NULL)
1866                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1867                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1868                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1869                                 pmap_zero_page(paddr);
1870                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1871                         newpdp = (pdp_entry_t)
1872                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1873                         *pmap_pdpe(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdp;
1874                         nkpt++;
1875                         continue; /* try again */
1876                 }
1877                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1878                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1879                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1880                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1881                                 break;                       
1882                         }
1883                         continue;
1884                 }
1885
1886                 /*
1887                  * This index is bogus, but out of the way
1888                  */
1889                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1890                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1891                 if (nkpg == NULL)
1892                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1893
1894                 vm_page_wire(nkpg);
1895                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1896                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1897                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1898                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1899                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1900                 nkpt++;
1901
1902                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1903                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1904                         kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1905                         break;                       
1906                 }
1907         }
1908         lwkt_reltoken(&vm_token);
1909         crit_exit();
1910 }
1911
1912 /*
1913  *      Retire the given physical map from service.
1914  *      Should only be called if the map contains
1915  *      no valid mappings.
1916  */
1917 void
1918 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1919 {
1920         int count;
1921
1922         if (pmap == NULL)
1923                 return;
1924
1925         lwkt_gettoken(&vm_token);
1926         count = --pmap->pm_count;
1927         if (count == 0) {
1928                 pmap_release(pmap);
1929                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1930         }
1931         lwkt_reltoken(&vm_token);
1932 }
1933
1934 /*
1935  *      Add a reference to the specified pmap.
1936  */
1937 void
1938 pmap_reference(pmap_t pmap)
1939 {
1940         if (pmap != NULL) {
1941                 lwkt_gettoken(&vm_token);
1942                 pmap->pm_count++;
1943                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1944         }
1945 }
1946
1947 /***************************************************
1948 * page management routines.
1949  ***************************************************/
1950
1951 /*
1952  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
1953  * called from an interrupt.
1954  */
1955 static __inline
1956 void
1957 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1958 {
1959         pv_entry_count--;
1960         KKASSERT(pv_entry_count >= 0);
1961         zfree(pvzone, pv);
1962 }
1963
1964 /*
1965  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1966  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
1967  */
1968 static
1969 pv_entry_t
1970 get_pv_entry(void)
1971 {
1972         pv_entry_count++;
1973         if (pv_entry_high_water &&
1974                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
1975                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
1976                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
1977                 wakeup(&vm_pages_needed);
1978         }
1979         return zalloc(pvzone);
1980 }
1981
1982 /*
1983  * This routine is very drastic, but can save the system
1984  * in a pinch.
1985  */
1986 void
1987 pmap_collect(void)
1988 {
1989         int i;
1990         vm_page_t m;
1991         static int warningdone=0;
1992
1993         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
1994                 return;
1995         lwkt_gettoken(&vm_token);
1996         if (warningdone < 5) {
1997                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
1998                 warningdone++;
1999         }
2000
2001         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
2002                 m = &vm_page_array[i];
2003                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
2004                     (m->flags & PG_BUSY))
2005                         continue;
2006                 pmap_remove_all(m);
2007         }
2008         pmap_pagedaemon_waken = 0;
2009         lwkt_reltoken(&vm_token);
2010 }
2011         
2012
2013 /*
2014  * If it is the first entry on the list, it is actually
2015  * in the header and we must copy the following entry up
2016  * to the header.  Otherwise we must search the list for
2017  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
2018  */
2019 static
2020 int
2021 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
2022                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2023 {
2024         pv_entry_t pv;
2025         int rtval;
2026
2027         crit_enter();
2028         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
2029                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2030                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
2031                                 break;
2032                 }
2033         } else {
2034                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
2035                         if (va == pv->pv_va) 
2036                                 break;
2037                 }
2038         }
2039
2040         rtval = 0;
2041         KKASSERT(pv);
2042
2043         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2044         m->md.pv_list_count--;
2045         KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2046         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2047                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2048         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2049         ++pmap->pm_generation;
2050         rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
2051         free_pv_entry(pv);
2052
2053         crit_exit();
2054         return rtval;
2055 }
2056
2057 /*
2058  * Create a pv entry for page at pa for
2059  * (pmap, va).
2060  */
2061 static
2062 void
2063 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
2064 {
2065         pv_entry_t pv;
2066
2067         crit_enter();
2068         pv = get_pv_entry();
2069         pv->pv_va = va;
2070         pv->pv_pmap = pmap;
2071         pv->pv_ptem = mpte;
2072
2073         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2074         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2075         ++pmap->pm_generation;
2076         m->md.pv_list_count++;
2077
2078         crit_exit();
2079 }
2080
2081 /*
2082  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2083  */
2084 static
2085 int
2086 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2087         pmap_inval_info_t info)
2088 {
2089         pt_entry_t oldpte;
2090         vm_page_t m;
2091
2092         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2093         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2094         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2095         if (oldpte & PG_W)
2096                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2097         /*
2098          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2099          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
2100          * the SMP case.
2101          */
2102         if (oldpte & PG_G)
2103                 cpu_invlpg((void *)va);
2104         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2105         --pmap->pm_stats.resident_count;
2106         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2107                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
2108                 if (oldpte & PG_M) {
2109 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2110                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
2111                                 kprintf(
2112         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2113                                     va, oldpte);
2114                         }
2115 #endif
2116                         if (pmap_track_modified(va))
2117                                 vm_page_dirty(m);
2118                 }
2119                 if (oldpte & PG_A)
2120                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2121                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
2122         } else {
2123                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
2124         }
2125
2126         return 0;
2127 }
2128
2129 /*
2130  * pmap_remove_page:
2131  *
2132  *      Remove a single page from a process address space.
2133  *
2134  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2135  *      not kernel_pmap.
2136  */
2137 static
2138 void
2139 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2140 {
2141         pt_entry_t *pte;
2142
2143         pte = pmap_pte(pmap, va);
2144         if (pte == NULL)
2145                 return;
2146         if ((*pte & PG_V) == 0)
2147                 return;
2148         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, info);
2149 }
2150
2151 /*
2152  * pmap_remove:
2153  *
2154  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2155  *
2156  *      It is assumed that the start and end are properly
2157  *      rounded to the page size.
2158  *
2159  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2160  *      not kernel_pmap.
2161  */
2162 void
2163 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2164 {
2165         vm_offset_t va_next;
2166         pml4_entry_t *pml4e;
2167         pdp_entry_t *pdpe;
2168         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2169         pt_entry_t *pte;
2170         struct pmap_inval_info info;
2171
2172         if (pmap == NULL)
2173                 return;
2174
2175         lwkt_gettoken(&vm_token);
2176         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
2177                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2178                 return;
2179         }
2180
2181         pmap_inval_init(&info);
2182
2183         /*
2184          * special handling of removing one page.  a very
2185          * common operation and easy to short circuit some
2186          * code.
2187          */
2188         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2189                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2190                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2191                         pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
2192                         pmap_inval_done(&info);
2193                         lwkt_reltoken(&vm_token);
2194                         return;
2195                 }
2196         }
2197
2198         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2199                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2200                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2201                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2202                         if (va_next < sva)
2203                                 va_next = eva;
2204                         continue;
2205                 }
2206
2207                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2208                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2209                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2210                         if (va_next < sva)
2211                                 va_next = eva;
2212                         continue;
2213                 }
2214
2215                 /*
2216                  * Calculate index for next page table.
2217                  */
2218                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2219                 if (va_next < sva)
2220                         va_next = eva;
2221
2222                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2223                 ptpaddr = *pde;
2224
2225                 /*
2226                  * Weed out invalid mappings.
2227                  */
2228                 if (ptpaddr == 0)
2229                         continue;
2230
2231                 /*
2232                  * Check for large page.
2233                  */
2234                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2235                         /* JG FreeBSD has more complex treatment here */
2236                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2237                         *pde = 0;
2238                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2239                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2240                         continue;
2241                 }
2242
2243                 /*
2244                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2245                  * by the current page table page, or to the end of the
2246                  * range being removed.
2247                  */
2248                 if (va_next > eva)
2249                         va_next = eva;
2250
2251                 /*
2252                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
2253                  */
2254                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2255                     sva += PAGE_SIZE) {
2256                         if (*pte == 0)
2257                                 continue;
2258                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &info))
2259                                 break;
2260                 }
2261         }
2262         pmap_inval_done(&info);
2263         lwkt_reltoken(&vm_token);
2264 }
2265
2266 /*
2267  * pmap_remove_all:
2268  *
2269  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2270  *      Reflects back modify bits to the pager.
2271  *
2272  *      This routine may not be called from an interrupt.
2273  */
2274
2275 static
2276 void
2277 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2278 {
2279         struct pmap_inval_info info;
2280         pt_entry_t *pte, tpte;
2281         pv_entry_t pv;
2282
2283         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2284                 return;
2285
2286         lwkt_gettoken(&vm_token);
2287         pmap_inval_init(&info);
2288         crit_enter();
2289         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2290                 KKASSERT(pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2291                 --pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count;
2292
2293                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2294                 pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2295                 tpte = pte_load_clear(pte);
2296                 if (tpte & PG_W)
2297                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
2298                 pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
2299                 if (tpte & PG_A)
2300                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2301
2302                 /*
2303                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2304                  */
2305                 if (tpte & PG_M) {
2306 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2307                         if (pmap_nw_modified(tpte)) {
2308                                 kprintf(
2309         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2310                                     pv->pv_va, tpte);
2311                         }
2312 #endif
2313                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
2314                                 vm_page_dirty(m);
2315                 }
2316                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2317                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2318                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
2319                 m->md.pv_list_count--;
2320                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2321                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2322                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2323                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2324                 free_pv_entry(pv);
2325         }
2326         crit_exit();
2327         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2328         pmap_inval_done(&info);
2329         lwkt_reltoken(&vm_token);
2330 }
2331
2332 /*
2333  * pmap_protect:
2334  *
2335  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2336  *      as requested.
2337  *
2338  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2339  *      not the kernel_pmap.
2340  */
2341 void
2342 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2343 {
2344         vm_offset_t va_next;
2345         pml4_entry_t *pml4e;
2346         pdp_entry_t *pdpe;
2347         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2348         pt_entry_t *pte;
2349         pmap_inval_info info;
2350
2351         /* JG review for NX */
2352
2353         if (pmap == NULL)
2354                 return;
2355
2356         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2357                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2358                 return;
2359         }
2360
2361         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2362                 return;
2363
2364         lwkt_gettoken(&vm_token);
2365         pmap_inval_init(&info);
2366
2367         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2368
2369                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2370                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2371                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2372                         if (va_next < sva)
2373                                 va_next = eva;
2374                         continue;
2375                 }
2376
2377                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2378                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2379                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2380                         if (va_next < sva)
2381                                 va_next = eva;
2382                         continue;
2383                 }
2384
2385                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2386                 if (va_next < sva)
2387                         va_next = eva;
2388
2389                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2390                 ptpaddr = *pde;
2391
2392                 /*
2393                  * Check for large page.
2394                  */
2395                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2396                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2397                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
2398                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2399                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2400                         continue;
2401                 }
2402
2403                 /*
2404                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2405                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2406                  */
2407                 if (ptpaddr == 0)
2408                         continue;
2409
2410                 if (va_next > eva)
2411                         va_next = eva;
2412
2413                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2414                      sva += PAGE_SIZE) {
2415                         pt_entry_t pbits;
2416                         pt_entry_t cbits;
2417                         vm_page_t m;
2418
2419                         /*
2420                          * XXX non-optimal.  Note also that there can be
2421                          * no pmap_inval_flush() calls until after we modify
2422                          * ptbase[sindex] (or otherwise we have to do another
2423                          * pmap_inval_add() call).
2424                          */
2425                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, sva);
2426 again:
2427                         pbits = *pte;
2428                         cbits = pbits;
2429                         if ((pbits & PG_V) == 0) {
2430                                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2431                                 continue;
2432                         }
2433                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2434                                 m = NULL;
2435                                 if (pbits & PG_A) {
2436                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2437                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2438                                         cbits &= ~PG_A;
2439                                 }
2440                                 if (pbits & PG_M) {
2441                                         if (pmap_track_modified(sva)) {
2442                                                 if (m == NULL)
2443                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2444                                                 vm_page_dirty(m);
2445                                                 cbits &= ~PG_M;
2446                                         }
2447                                 }
2448                         }
2449                         cbits &= ~PG_RW;
2450                         if (pbits != cbits &&
2451                             !atomic_cmpset_long(pte, pbits, cbits)) {
2452                                 goto again;
2453                         }
2454                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2455                 }
2456         }
2457         pmap_inval_done(&info);
2458         lwkt_reltoken(&vm_token);
2459 }
2460
2461 /*
2462  *      Insert the given physical page (p) at
2463  *      the specified virtual address (v) in the
2464  *      target physical map with the protection requested.
2465  *
2466  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2467  *      that the related pte can not be reclaimed.
2468  *
2469  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2470  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2471  *      insert this page into the given map NOW.
2472  */
2473 void
2474 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2475            boolean_t wired)
2476 {
2477         vm_paddr_t pa;
2478         pd_entry_t *pde;
2479         pt_entry_t *pte;
2480         vm_paddr_t opa;
2481         pt_entry_t origpte, newpte;
2482         vm_page_t mpte;
2483         pmap_inval_info info;
2484
2485         if (pmap == NULL)
2486                 return;
2487
2488         va = trunc_page(va);
2489 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
2490         if (va >= KvaEnd)
2491                 panic("pmap_enter: toobig");
2492         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
2493                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
2494 #endif
2495         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2496                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
2497 #ifdef DDB
2498                 db_print_backtrace();
2499 #endif
2500         }
2501         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2502                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
2503 #ifdef DDB
2504                 db_print_backtrace();
2505 #endif
2506         }
2507
2508         lwkt_gettoken(&vm_token);
2509
2510         /*
2511          * In the case that a page table page is not
2512          * resident, we are creating it here.
2513          */
2514         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2515                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
2516         else
2517                 mpte = NULL;
2518
2519         pmap_inval_init(&info);
2520         pde = pmap_pde(pmap, va);
2521         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2522                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2523                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2524                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2525         } else
2526                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2527
2528         KKASSERT(pte != NULL);
2529         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2530         origpte = *pte;
2531         opa = origpte & PG_FRAME;
2532
2533         /*
2534          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2535          */
2536         if (origpte && (opa == pa)) {
2537                 /*
2538                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2539                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2540                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2541                  * the PT page will be also.
2542                  */
2543                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2544                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2545                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2546                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2547
2548 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2549                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
2550                         kprintf(
2551         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2552                             va, origpte);
2553                 }
2554 #endif
2555
2556                 /*
2557                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
2558                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
2559                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
2560                  * bits below.
2561                  */
2562                 if (mpte)
2563                         mpte->hold_count--;
2564
2565                 /*
2566                  * We might be turning off write access to the page,
2567                  * so we go ahead and sense modify status.
2568                  */
2569                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2570                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2571                                 vm_page_t om;
2572                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2573                                 vm_page_dirty(om);
2574                         }
2575                         pa |= PG_MANAGED;
2576                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
2577                 }
2578                 goto validate;
2579         } 
2580         /*
2581          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2582          * handle validating new mapping.
2583          */
2584         while (opa) {
2585                 int err;
2586                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2587                 if (err)
2588                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%lx", va);
2589                 origpte = *pte;
2590                 opa = origpte & PG_FRAME;
2591                 if (opa) {
2592                         kprintf("pmap_enter: Warning, raced pmap %p va %p\n",
2593                                 pmap, (void *)va);
2594                 }
2595         }
2596
2597         /*
2598          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2599          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2600          * called at interrupt time.
2601          */
2602         if (pmap_initialized && 
2603             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2604                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2605                 pa |= PG_MANAGED;
2606                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2607         }
2608
2609         /*
2610          * Increment counters
2611          */
2612         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2613         if (wired)
2614                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2615
2616 validate:
2617         /*
2618          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2619          */
2620         newpte = (pt_entry_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2621
2622         if (wired)
2623                 newpte |= PG_W;
2624         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2625                 newpte |= PG_U;
2626         if (pmap == &kernel_pmap)
2627                 newpte |= pgeflag;
2628
2629         /*
2630          * if the mapping or permission bits are different, we need
2631          * to update the pte.
2632          */
2633         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2634                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
2635                 *pte = newpte | PG_A;
2636                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2637                 if (newpte & PG_RW)
2638                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
2639         }
2640         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
2641         pmap_inval_done(&info);
2642         lwkt_reltoken(&vm_token);
2643 }
2644
2645 /*
2646  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
2647  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
2648  * VA.
2649  *
2650  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
2651  */
2652 void
2653 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2654 {
2655         pt_entry_t *pte;
2656         vm_paddr_t pa;
2657         vm_page_t mpte;
2658         vm_pindex_t ptepindex;
2659         pd_entry_t *ptepa;
2660         pmap_inval_info info;
2661
2662         lwkt_gettoken(&vm_token);
2663         pmap_inval_init(&info);
2664
2665         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2666                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2667 #ifdef DDB
2668                 db_print_backtrace();
2669 #endif
2670         }
2671         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2672                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2673 #ifdef DDB
2674                 db_print_backtrace();
2675 #endif
2676         }
2677
2678         KKASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS); /* assert used on user pmaps only */
2679
2680         /*
2681          * Calculate the page table page (mpte), allocating it if necessary.
2682          *
2683          * A held page table page (mpte), or NULL, is passed onto the
2684          * section following.
2685          */
2686         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2687                 /*
2688                  * Calculate pagetable page index
2689                  */
2690                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2691
2692                 do {
2693                         /*
2694                          * Get the page directory entry
2695                          */
2696                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2697
2698                         /*
2699                          * If the page table page is mapped, we just increment
2700                          * the hold count, and activate it.
2701                          */
2702                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2703                                 if (*ptepa & PG_PS)
2704                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2705 //                              if (pmap->pm_ptphint &&
2706 //                                  (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2707 //                                      mpte = pmap->pm_ptphint;
2708 //                              } else {
2709                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2710                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2711 //                              }
2712                                 if (mpte)
2713                                         mpte->hold_count++;
2714                         } else {
2715                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2716                         }
2717                 } while (mpte == NULL);
2718         } else {
2719                 mpte = NULL;
2720                 /* this code path is not yet used */
2721         }
2722
2723         /*
2724          * With a valid (and held) page directory page, we can just use
2725          * vtopte() to get to the pte.  If the pte is already present
2726          * we do not disturb it.
2727          */
2728         pte = vtopte(va);
2729         if (*pte & PG_V) {
2730                 if (mpte)
2731                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &info);
2732                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2733                 KKASSERT(((*pte ^ pa) & PG_FRAME) == 0);
2734                 pmap_inval_done(&info);
2735                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2736                 return;
2737         }
2738
2739         /*
2740          * Enter on the PV list if part of our managed memory
2741          */
2742         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2743                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2744                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2745         }
2746
2747         /*
2748          * Increment counters
2749          */
2750         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2751
2752         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2753
2754         /*
2755          * Now validate mapping with RO protection
2756          */
2757         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2758                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2759         else
2760                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2761 /*      pmap_inval_add(&info, pmap, va); shouldn't be needed inval->valid */
2762         pmap_inval_done(&info);
2763         lwkt_reltoken(&vm_token);
2764 }
2765
2766 /*
2767  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2768  * to be used for panic dumps.
2769  */
2770 /* JG Needed on x86_64? */
2771 void *
2772 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2773 {
2774         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2775         return ((void *)crashdumpmap);
2776 }
2777
2778 #define MAX_INIT_PT (96)
2779
2780 /*
2781  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2782  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2783  * immediately after an mmap.
2784  */
2785 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2786
2787 void
2788 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2789                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2790                     vm_size_t size, int limit)
2791 {
2792         struct rb_vm_page_scan_info info;
2793         struct lwp *lp;
2794         vm_size_t psize;
2795
2796         /*
2797          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2798          * or object.
2799          */
2800         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2801                 return;
2802
2803         /*
2804          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2805          */
2806         lp = curthread->td_lwp;
2807         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
2808                 return;
2809
2810         psize = x86_64_btop(size);
2811
2812         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2813                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2814                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2815                 return;
2816         }
2817
2818         if (psize + pindex > object->size) {
2819                 if (object->size < pindex)
2820                         return;           
2821                 psize = object->size - pindex;
2822         }
2823
2824         if (psize == 0)
2825                 return;
2826
2827         /*
2828          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2829          * any valid pages found into the pmap.
2830          *
2831          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2832          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2833          */
2834         info.start_pindex = pindex;
2835         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2836         info.limit = limit;
2837         info.mpte = NULL;
2838         info.addr = addr;
2839         info.pmap = pmap;
2840
2841         crit_enter();
2842         lwkt_gettoken(&vm_token);
2843         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2844                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2845         lwkt_reltoken(&vm_token);
2846         crit_exit();
2847 }
2848
2849 static
2850 int
2851 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2852 {
2853         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2854         vm_pindex_t rel_index;
2855         /*
2856          * don't allow an madvise to blow away our really
2857          * free pages allocating pv entries.
2858          */
2859         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2860                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2861                     return(-1);
2862         }
2863         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2864             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2865                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2866                         vm_page_deactivate(p);
2867                 vm_page_busy(p);
2868                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2869                 pmap_enter_quick(info->pmap,
2870                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
2871                 vm_page_wakeup(p);
2872         }
2873         return(0);
2874 }
2875
2876 /*
2877  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially
2878  * pre-fault the specified address.
2879  *
2880  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a
2881  * pte is already loaded into the slot.
2882  */
2883 int
2884 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
2885 {
2886         pt_entry_t *pte;
2887         pd_entry_t *pde;
2888         int ret;
2889
2890         lwkt_gettoken(&vm_token);
2891         pde = pmap_pde(pmap, addr);
2892         if (pde == NULL || *pde == 0) {
2893                 ret = 0;
2894         } else {
2895                 pte = vtopte(addr);
2896                 ret = (*pte) ? 0 : 1;
2897         }
2898         lwkt_reltoken(&vm_token);
2899         return(ret);
2900 }
2901
2902 /*
2903  *      Routine:        pmap_change_wiring
2904  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2905  *                      pair.
2906  *      In/out conditions:
2907  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2908  */
2909 void
2910 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2911 {
2912         pt_entry_t *pte;
2913
2914         if (pmap == NULL)
2915                 return;
2916
2917         lwkt_gettoken(&vm_token);
2918         pte = pmap_pte(pmap, va);
2919
2920         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2921                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2922         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2923                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2924
2925         /*
2926          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2927          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2928          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
2929          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2930          * wiring changes.
2931          */
2932 #ifdef SMP
2933         if (wired)
2934                 atomic_set_long(pte, PG_W);
2935         else
2936                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
2937 #else
2938         if (wired)
2939                 atomic_set_long_nonlocked(pte, PG_W);
2940         else
2941                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_W);
2942 #endif
2943         lwkt_reltoken(&vm_token);
2944 }
2945
2946
2947
2948 /*
2949  *      Copy the range specified by src_addr/len
2950  *      from the source map to the range dst_addr/len
2951  *      in the destination map.
2952  *
2953  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2954  */
2955 void
2956 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
2957           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
2958 {
2959         return;
2960 #if 0
2961         pmap_inval_info info;
2962         vm_offset_t addr;
2963         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2964         vm_offset_t pdnxt;
2965         pd_entry_t src_frame, dst_frame;
2966         vm_page_t m;
2967
2968         if (dst_addr != src_addr)
2969                 return;
2970 #if JGPMAP32
2971         src_frame = src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2972         if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME)) {
2973                 return;
2974         }
2975
2976         dst_frame = dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2977         if (dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)) {
2978                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
2979                 /* The page directory is not shared between CPUs */
2980                 cpu_invltlb();
2981         }
2982 #endif
2983         pmap_inval_init(&info);
2984         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
2985         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
2986
2987         /*
2988          * critical section protection is required to maintain the page/object
2989          * association, interrupts can free pages and remove them from 
2990          * their objects.
2991          */
2992         crit_enter();
2993         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
2994                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
2995                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
2996                 vm_offset_t srcptepaddr;
2997                 vm_pindex_t ptepindex;
2998
2999                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
3000                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
3001
3002                 /*
3003                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
3004                  * way below the low water mark of free pages or way
3005                  * above high water mark of used pv entries.
3006                  */
3007                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
3008                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
3009                         break;
3010                 
3011                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
3012                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
3013
3014 #if JGPMAP32
3015                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
3016 #endif
3017                 if (srcptepaddr == 0)
3018                         continue;
3019                         
3020                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3021 #if JGPMAP32
3022                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
3023                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
3024                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3025                         }
3026 #endif
3027                         continue;
3028                 }
3029
3030                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
3031                 if ((srcmpte == NULL) || (srcmpte->hold_count == 0) ||
3032                     (srcmpte->flags & PG_BUSY)) {
3033                         continue;
3034                 }
3035
3036                 if (pdnxt > end_addr)
3037                         pdnxt = end_addr;
3038
3039                 src_pte = vtopte(addr);
3040 #if JGPMAP32
3041                 dst_pte = avtopte(addr);
3042 #endif
3043                 while (addr < pdnxt) {
3044                         pt_entry_t ptetemp;
3045
3046                         ptetemp = *src_pte;
3047                         /*
3048                          * we only virtual copy managed pages
3049                          */
3050                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3051                                 /*
3052                                  * We have to check after allocpte for the
3053                                  * pte still being around...  allocpte can
3054                                  * block.
3055                                  *
3056                                  * pmap_allocpte() can block.  If we lose
3057                                  * our page directory mappings we stop.
3058                                  */
3059                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
3060
3061 #if JGPMAP32
3062                                 if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME) ||
3063                                     dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)
3064                                 ) {
3065                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: detected and corrected race\n");
3066                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3067                                         goto failed;
3068                                 } else if ((*dst_pte == 0) &&
3069                                            (ptetemp = *src_pte) != 0 &&
3070                                            (ptetemp & PG_MANAGED)) {
3071                                         /*
3072                                          * Clear the modified and
3073                                          * accessed (referenced) bits
3074                                          * during the copy.
3075                                          */
3076                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
3077                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
3078                                         ++dst_pmap->pm_stats.resident_count;
3079                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
3080                                                 dstmpte, m);
3081                                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
3082                                 } else {
3083                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: dst_pte race detected and corrected\n");
3084                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3085                                         goto failed;
3086                                 }
3087 #endif
3088                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
3089                                         break;
3090                         }
3091                         addr += PAGE_SIZE;
3092                         src_pte++;
3093                         dst_pte++;
3094                 }
3095         }
3096 failed:
3097         crit_exit();
3098         pmap_inval_done(&info);
3099 #endif
3100 }       
3101
3102 /*
3103  * pmap_zero_page:
3104  *
3105  *      Zero the specified physical page.
3106  *
3107  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3108  *      required.
3109  */
3110 void
3111 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3112 {
3113         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3114
3115         pagezero((void *)va);
3116 }
3117
3118 /*
3119  * pmap_page_assertzero:
3120  *
3121  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3122  */
3123 void
3124 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3125 {
3126         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3127         int i;
3128
3129         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3130             if (*(long *)((char *)virt + i) != 0) {
3131                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n", (void *)virt);
3132             }
3133         }
3134 }
3135
3136 /*
3137  * pmap_zero_page:
3138  *
3139  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3140  *      its contents with bzero.
3141  *
3142  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3143  */
3144 void
3145 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3146 {
3147         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3148
3149         bzero((char *)virt + off, size);
3150 }
3151
3152 /*
3153  * pmap_copy_page:
3154  *
3155  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3156  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3157  *      is required.
3158  */
3159 void
3160 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3161 {
3162         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3163
3164         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3165         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3166         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3167 }
3168
3169 /*
3170  * pmap_copy_page_frag:
3171  *
3172  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3173  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3174  *      is required.
3175  */
3176 void
3177 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3178 {
3179         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3180
3181         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3182         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3183
3184         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3185               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3186               bytes);
3187 }
3188
3189 /*
3190  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3191  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3192  * be changed upwards or downwards in the future; it
3193  * is only necessary that true be returned for a small
3194  * subset of pmaps for proper page aging.
3195  */
3196 boolean_t
3197 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3198 {
3199         pv_entry_t pv;
3200         int loops = 0;
3201
3202         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3203                 return FALSE;
3204
3205         crit_enter();
3206         lwkt_gettoken(&vm_token);
3207
3208         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3209                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3210                         lwkt_reltoken(&vm_token);
3211                         crit_exit();
3212                         return TRUE;
3213                 }
3214                 loops++;
3215                 if (loops >= 16)
3216                         break;
3217         }
3218         lwkt_reltoken(&vm_token);
3219         crit_exit();
3220         return (FALSE);
3221 }
3222
3223 /*
3224  * Remove all pages from specified address space
3225  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3226  * is special cased for current process only, but
3227  * can have the more generic (and slightly slower)
3228  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3229  * in the case of running down an entire address space.
3230  */
3231 void
3232 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3233 {
3234         struct lwp *lp;
3235         pt_entry_t *pte, tpte;
3236         pv_entry_t pv, npv;
3237         vm_page_t m;
3238         pmap_inval_info info;
3239         int iscurrentpmap;
3240         int save_generation;
3241
3242         lp = curthread->td_lwp;
3243         if (lp && pmap == vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3244                 iscurrentpmap = 1;
3245         else
3246                 iscurrentpmap = 0;
3247
3248         lwkt_gettoken(&vm_token);
3249         pmap_inval_init(&info);
3250         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
3251                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
3252                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3253                         continue;
3254                 }
3255
3256                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
3257
3258                 if (iscurrentpmap)
3259                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3260                 else
3261                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3262                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, pv->pv_va);
3263
3264                 /*
3265                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
3266                  * at this time
3267                  */
3268                 if (*pte & PG_W) {
3269                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3270                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3271                         continue;
3272                 }
3273                 tpte = pte_load_clear(pte);
3274
3275                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3276
3277                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3278                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %lx", tpte));
3279
3280                 KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
3281                 --pmap->pm_stats.resident_count;
3282                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3283
3284                 /*
3285                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3286                  */
3287                 if (tpte & PG_M) {
3288                         vm_page_dirty(m);
3289                 }
3290
3291                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3292                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
3293                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
3294
3295                 m->md.pv_list_count--;
3296                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3297                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
3298                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3299
3300                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
3301                 free_pv_entry(pv);
3302
3303                 /*
3304                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
3305                  * calls and other removals were made.
3306                  */
3307                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
3308                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
3309                         npv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
3310                 }
3311         }
3312         pmap_inval_done(&info);
3313         lwkt_reltoken(&vm_token);
3314 }
3315
3316 /*
3317  * pmap_testbit tests bits in pte's
3318  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
3319  * and a lot of things compile-time evaluate.
3320  */
3321 static
3322 boolean_t
3323 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3324 {
3325         pv_entry_t pv;
3326         pt_entry_t *pte;
3327
3328         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3329                 return FALSE;
3330
3331         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3332                 return FALSE;
3333
3334         crit_enter();
3335
3336         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3337                 /*
3338                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3339                  * mark clean_map and ptes as never
3340                  * modified.
3341                  */
3342                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3343                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3344                                 continue;
3345                 }
3346
3347 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3348                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3349                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3350                         continue;
3351                 }
3352 #endif
3353                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3354                 if (*pte & bit) {
3355                         crit_exit();
3356                         return TRUE;
3357                 }
3358         }
3359         crit_exit();
3360         return (FALSE);
3361 }
3362
3363 /*
3364  * this routine is used to modify bits in ptes
3365  */
3366 static __inline
3367 void
3368 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3369 {
3370         struct pmap_inval_info info;
3371         pv_entry_t pv;
3372         pt_entry_t *pte;
3373         pt_entry_t pbits;
3374
3375         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3376                 return;
3377
3378         pmap_inval_init(&info);
3379
3380         /*
3381          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3382          * setting RO do we need to clear the VAC?
3383          */
3384         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3385                 /*
3386                  * don't write protect pager mappings
3387                  */
3388                 if (bit == PG_RW) {
3389                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3390                                 continue;
3391                 }
3392
3393 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3394                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3395                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3396                         continue;
3397                 }
3398 #endif
3399
3400                 /*
3401                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3402                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3403                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3404                  *
3405                  * We do not have to force synchronization when clearing
3406                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3407                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3408                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3409                  */
3410                 if (bit & PG_RW)
3411                         pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3412                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3413 again:
3414                 pbits = *pte;
3415                 if (pbits & bit) {
3416                         if (bit == PG_RW) {
3417                                 if (pbits & PG_M) {
3418                                         vm_page_dirty(m);
3419                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3420                                 } else {
3421                                         /*
3422                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3423                                          * simultaniously with our clearing
3424                                          * of PG_RW.
3425                                          */
3426                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3427                                                                pbits & ~PG_RW))
3428                                                 goto again;
3429                                 }
3430                         } else if (bit == PG_M) {
3431                                 /*
3432                                  * We could also clear PG_RW here to force
3433                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3434                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3435                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
3436                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3437                                  * virtual page tables.
3438                                  */
3439                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3440                         } else {
3441                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3442                         }
3443                 }
3444                 if (bit & PG_RW)
3445                         pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
3446         }
3447         pmap_inval_done(&info);
3448 }
3449
3450 /*
3451  *      pmap_page_protect:
3452  *
3453  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3454  */
3455 void
3456 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3457 {
3458         /* JG NX support? */
3459         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3460                 lwkt_gettoken(&vm_token);
3461                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3462                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3463                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3464                 } else {
3465                         pmap_remove_all(m);
3466                 }
3467                 lwkt_reltoken(&vm_token);
3468         }
3469 }
3470
3471 vm_paddr_t
3472 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3473 {
3474         return (x86_64_ptob(ppn));
3475 }
3476
3477 /*
3478  *      pmap_ts_referenced:
3479  *
3480  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3481  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3482  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3483  *      reference bits set.
3484  *
3485  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3486  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3487  *      optimal aging of shared pages.
3488  */
3489 int
3490 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3491 {
3492         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3493         pt_entry_t *pte;
3494         int rtval = 0;
3495
3496         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3497                 return (rtval);
3498
3499         crit_enter();
3500         lwkt_gettoken(&vm_token);
3501
3502         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3503
3504                 pvf = pv;
3505
3506                 do {
3507                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3508
3509                         crit_enter();
3510                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3511                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3512                         crit_exit();
3513
3514                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3515                                 continue;
3516
3517                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3518
3519                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3520 #ifdef SMP
3521                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
3522 #else
3523                                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3524 #endif
3525                                 rtval++;
3526                                 if (rtval > 4) {
3527                                         break;
3528                                 }
3529                         }
3530                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3531         }
3532         lwkt_reltoken(&vm_token);
3533         crit_exit();
3534
3535         return (rtval);
3536 }
3537
3538 /*
3539  *      pmap_is_modified:
3540  *
3541  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3542  *      in any physical maps.
3543  */
3544 boolean_t
3545 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3546 {
3547         boolean_t res;
3548
3549         lwkt_gettoken(&vm_token);
3550         res = pmap_testbit(m, PG_M);
3551         lwkt_reltoken(&vm_token);
3552         return (res);
3553 }
3554
3555 /*
3556  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3557  */
3558 void
3559 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3560 {
3561         lwkt_gettoken(&vm_token);
3562         pmap_clearbit(m, PG_M);
3563         lwkt_reltoken(&vm_token);
3564 }
3565
3566 /*
3567  *      pmap_clear_reference:
3568  *
3569  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3570  */
3571 void
3572 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3573 {
3574         lwkt_gettoken(&vm_token);
3575         pmap_clearbit(m, PG_A);
3576         lwkt_reltoken(&vm_token);
3577 }
3578
3579 /*
3580  * Miscellaneous support routines follow
3581  */
3582
3583 static
3584 void
3585 i386_protection_init(void)
3586 {
3587         int *kp, prot;
3588
3589         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3590         kp = protection_codes;
3591         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3592                 switch (prot) {
3593                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3594                         /*
3595                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3596                          * so just make it readable.
3597                          */
3598                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3599                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3600                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3601                         *kp++ = 0;
3602                         break;
3603                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3604                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3605                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3606                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3607                         *kp++ = PG_RW;
3608                         break;
3609                 }
3610         }
3611 }
3612
3613 /*
3614  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3615  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3616  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3617  * NOT real memory.
3618  *
3619  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3620  * a time.
3621  */
3622 void *
3623 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3624 {
3625         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3626         pt_entry_t *pte;
3627
3628         offset = pa & PAGE_MASK;
3629         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3630
3631         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3632         if (va == 0)
3633                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3634
3635         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3636         for (tmpva = va; size > 0;) {
3637                 pte = vtopte(tmpva);
3638                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3639                 size -= PAGE_SIZE;
3640                 tmpva += PAGE_SIZE;
3641                 pa += PAGE_SIZE;
3642         }
3643         cpu_invltlb();
3644         smp_invltlb();
3645
3646         return ((void *)(va + offset));
3647 }
3648
3649 void *
3650 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3651 {
3652         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3653         pt_entry_t *pte;
3654
3655         offset = pa & PAGE_MASK;
3656         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3657
3658         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3659         if (va == 0)
3660                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3661
3662         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3663         for (tmpva = va; size > 0;) {
3664                 pte = vtopte(tmpva);
3665                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | PG_N; /* | pgeflag; */
3666                 size -= PAGE_SIZE;
3667                 tmpva += PAGE_SIZE;
3668                 pa += PAGE_SIZE;
3669         }
3670         cpu_invltlb();
3671         smp_invltlb();
3672
3673         return ((void *)(va + offset));
3674 }
3675
3676 void
3677 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3678 {
3679         vm_offset_t base, offset;
3680
3681         base = va & ~PAGE_MASK;
3682         offset = va & PAGE_MASK;
3683         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3684         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3685         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3686 }
3687
3688 /*
3689  * perform the pmap work for mincore
3690  */
3691 int
3692 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3693 {
3694         pt_entry_t *ptep, pte;
3695         vm_page_t m;
3696         int val = 0;
3697         
3698         lwkt_gettoken(&vm_token);
3699         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3700
3701         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
3702                 vm_offset_t pa;
3703
3704                 val = MINCORE_INCORE;
3705                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3706                         goto done;
3707
3708                 pa = pte & PG_FRAME;
3709
3710                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3711
3712                 /*
3713                  * Modified by us
3714                  */
3715                 if (pte & PG_M)
3716                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3717                 /*
3718                  * Modified by someone
3719                  */
3720                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3721                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3722                 /*
3723                  * Referenced by us
3724                  */
3725                 if (pte & PG_A)
3726                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3727
3728                 /*
3729                  * Referenced by someone
3730                  */
3731                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3732                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3733                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3734                 }
3735         } 
3736 done:
3737         lwkt_reltoken(&vm_token);
3738         return val;
3739 }
3740
3741 /*
3742  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
3743  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
3744  *
3745  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
3746  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
3747  */
3748 void
3749 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
3750 {
3751         struct vmspace *oldvm;
3752         struct lwp *lp;
3753
3754         crit_enter();
3755         oldvm = p->p_vmspace;
3756         if (oldvm != newvm) {
3757                 p->p_vmspace = newvm;
3758                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
3759                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
3760                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
3761                 if (adjrefs) {
3762                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
3763                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
3764                 }
3765         }
3766         crit_exit();
3767 }
3768
3769 /*
3770  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
3771  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
3772  * on a per-lwp basis.
3773  */
3774 void
3775 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
3776 {
3777         struct vmspace *oldvm;
3778         struct pmap *pmap;
3779
3780         crit_enter();
3781         oldvm = lp->lwp_vmspace;
3782
3783         if (oldvm != newvm) {
3784                 lp->lwp_vmspace = newvm;
3785                 if (curthread->td_lwp == lp) {
3786                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
3787 #if defined(SMP)
3788                         atomic_set_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3789                         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK)
3790                                 pmap_interlock_wait(newvm);
3791 #else
3792                         pmap->pm_active |= 1;
3793 #endif
3794 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3795                         tlb_flush_count++;
3796 #endif
3797                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3798                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
3799                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3800                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
3801 #if defined(SMP)
3802                         atomic_clear_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3803 #else
3804                         pmap->pm_active &= ~1;
3805 #endif
3806                 }
3807         }
3808         crit_exit();
3809 }
3810
3811 #ifdef SMP
3812
3813 /*
3814  * Called when switching to a locked pmap
3815  */
3816 void
3817 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
3818 {
3819         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
3820
3821         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3822                 while (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3823                         cpu_pause();
3824                         cpu_ccfence();
3825                         lwkt_process_ipiq();
3826                 }
3827         }
3828 }
3829
3830 #endif
3831
3832 vm_offset_t
3833 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3834 {
3835
3836         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3837                 return addr;
3838         }
3839
3840         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3841         return addr;
3842 }