Kernel/arch/x86/mm_phys.c

   1 /*
   2  * Acess2
   3  * - Physical memory manager
   4  */
   5 #define DEBUG   0
   6 #include <acess.h>
   7 #include <mboot.h>
   8 #include <mm_virt.h>
   9
  10 //#define USE_STACK     1
  11 #define TRACE_ALLOCS    0       // Print trace messages on AllocPhys/DerefPhys
  12
  13 #define REFERENCE_BASE  0xE0400000
  14
  15 // === IMPORTS ===
  16 extern void     gKernelEnd;
  17
  18 // === PROTOTYPES ===
  19 tPAddr  MM_AllocPhys(void);
  20 tPAddr  MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits);
  21 void    MM_RefPhys(tPAddr PAddr);
  22 void    MM_DerefPhys(tPAddr PAddr);
  23
  24 // === GLOBALS ===
  25 tMutex  glPhysAlloc;
  26 Uint64  giPhysAlloc = 0;        // Number of allocated pages
  27 Uint64  giPageCount = 0;        // Total number of pages
  28 Uint64  giLastPossibleFree = 0; // Last possible free page (before all pages are used)
  29
  30 Uint32  gaSuperBitmap[1024];    // Blocks of 1024 Pages
  31 Uint32  gaPageBitmap[1024*1024/32];     // Individual pages
  32 Uint32  *gaPageReferences;
  33
  34 // === CODE ===
  35 void MM_Install(tMBoot_Info *MBoot)
  36 {
  37         Uint    kernelPages, num;
  38         Uint    i;
  39         Uint64  maxAddr = 0;
  40         tMBoot_Module   *mods;
  41         tMBoot_MMapEnt  *ent;
  42
  43         // --- Find largest address
  44         MBoot->MMapAddr |= KERNEL_BASE;
  45         ent = (void *)( MBoot->MMapAddr );
  46         while( (Uint)ent < MBoot->MMapAddr + MBoot->MMapLength )
  47         {
  48                 // Adjust for size
  49                 ent->Size += 4;
  50
  51                 // If entry is RAM and is above `maxAddr`, change `maxAddr`
  52                 if(ent->Type == 1 && ent->Base + ent->Length > maxAddr)
  53                         maxAddr = ent->Base + ent->Length;
  54                 // Go to next entry
  55                 ent = (tMBoot_MMapEnt *)( (Uint)ent + ent->Size );
  56         }
  57
  58         if(maxAddr == 0) {
  59                 giPageCount = (MBoot->HighMem >> 2) + 256;      // HighMem is a kByte value
  60         }
  61         else {
  62                 giPageCount = maxAddr >> 12;
  63         }
  64         giLastPossibleFree = giPageCount - 1;
  65
  66         memsetd(gaPageBitmap, 0xFFFFFFFF, giPageCount/32);
  67
  68         // Set up allocateable space
  69         ent = (void *)( MBoot->MMapAddr );
  70         while( (Uint)ent < MBoot->MMapAddr + MBoot->MMapLength )
  71         {
  72                 memsetd( &gaPageBitmap[ent->Base/(4096*32)], 0, ent->Length/(4096*32) );
  73                 ent = (tMBoot_MMapEnt *)( (Uint)ent + ent->Size );
  74         }
  75
  76         // Get used page count (Kernel)
  77         kernelPages = (Uint)&gKernelEnd - KERNEL_BASE - 0x100000;
  78         kernelPages += 0xFFF;   // Page Align
  79         kernelPages >>= 12;
  80
  81         // Fill page bitmap
  82         num = kernelPages/32;
  83         memsetd( &gaPageBitmap[0x100000/(4096*32)], -1, num );
  84         gaPageBitmap[ 0x100000/(4096*32) + num ] = (1 << (kernelPages & 31)) - 1;
  85
  86         // Fill Superpage bitmap
  87         num = kernelPages/(32*32);
  88         memsetd( &gaSuperBitmap[0x100000/(4096*32*32)], -1, num );
  89         gaSuperBitmap[ 0x100000/(4096*32*32) + num ] = (1 << ((kernelPages / 32) & 31)) - 1;
  90
  91         // Mark Multiboot's pages as taken
  92         // - Structure
  93         MM_RefPhys( (Uint)MBoot - KERNEL_BASE );
  94         // - Module List
  95         for(i = (MBoot->ModuleCount*sizeof(tMBoot_Module)+0xFFF)>12; i--; )
  96                 MM_RefPhys( MBoot->Modules + (i << 12) );
  97         // - Modules
  98         mods = (void*)(MBoot->Modules + KERNEL_BASE);
  99         for(i = 0; i < MBoot->ModuleCount; i++)
 100         {
 101                 num = (mods[i].End - mods[i].Start + 0xFFF) >> 12;
 102                 while(num--)
 103                         MM_RefPhys( (mods[i].Start & ~0xFFF) + (num<<12) );
 104         }
 105
 106         // Allocate References
 107         //LOG("Reference Pages %i", (giPageCount*4+0xFFF)>>12);
 108         for(num = 0; num < (giPageCount*4+0xFFF)>>12; num++)
 109         {
 110                 MM_Allocate( REFERENCE_BASE + (num<<12) );
 111         }
 112
 113         //LOG("Filling");
 114         // Fill references
 115         gaPageReferences = (void*)REFERENCE_BASE;
 116         memsetd(gaPageReferences, 1, kernelPages);
 117         for( num = kernelPages; num < giPageCount; num++ )
 118         {
 119                 gaPageReferences[num] = (gaPageBitmap[ num / 32 ] >> (num&31)) & 1;
 120         }
 121 }
 122
 123 /**
 124  * \fn tPAddr MM_AllocPhys(void)
 125  * \brief Allocates a physical page from the general pool
 126  */
 127 tPAddr MM_AllocPhys(void)
 128 {
 129         // int  a, b, c;
 130          int    indx;
 131         tPAddr  ret;
 132
 133         ENTER("");
 134
 135         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 136
 137         // Find free page
 138         // Scan downwards
 139         #if 1
 140         LOG("giLastPossibleFree = %i", giLastPossibleFree);
 141         for( indx = giLastPossibleFree; indx >= 0; )
 142         {
 143                 if( gaSuperBitmap[indx>>10] == -1 ) {
 144                         indx -= 1024;
 145                         continue;
 146                 }
 147
 148                 if( gaPageBitmap[indx>>5] == -1 ) {
 149                         indx -= 32;
 150                         continue;
 151                 }
 152
 153                 if( gaPageBitmap[indx>>5] & (1 << (indx&31)) ) {
 154                         indx --;
 155                         continue;
 156                 }
 157                 break;
 158         }
 159         LOG("indx = %i", indx);
 160         #else
 161         c = giLastPossibleFree % 32;
 162         b = (giLastPossibleFree / 32) % 32;
 163         a = giLastPossibleFree / 1024;
 164
 165         LOG("a=%i,b=%i,c=%i", a, b, c);
 166         for( ; gaSuperBitmap[a] == -1 && a >= 0; a-- );
 167         if(a < 0) {
 168                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 169                 Warning("MM_AllocPhys - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 170                 LEAVE('i', 0);
 171                 return 0;
 172         }
 173         for( ; gaSuperBitmap[a] & (1<<b); b-- );
 174         for( ; gaPageBitmap[a*32+b] & (1<<c); c-- );
 175         LOG("a=%i,b=%i,c=%i", a, b, c);
 176         indx = (a << 10) | (b << 5) | c;
 177         #endif
 178
 179         if( indx < 0 ) {
 180                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 181                 Warning("MM_AllocPhys - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 182                 LEAVE('i', 0);
 183                 return 0;
 184         }
 185
 186         if( indx > 0xFFFFF ) {
 187                 Panic("The fuck? Too many pages! (indx = 0x%x)", indx);
 188         }
 189
 190         // Mark page used
 191         if(gaPageReferences)
 192                 gaPageReferences[ indx ] = 1;
 193         gaPageBitmap[ indx>>5 ] |= 1 << (indx&31);
 194
 195         giPhysAlloc ++;
 196
 197         // Get address
 198         ret = indx << 12;
 199         giLastPossibleFree = indx;
 200
 201         // Mark used block
 202         if(gaPageBitmap[ indx>>5 ] == -1)
 203                 gaSuperBitmap[indx>>10] |= 1 << ((indx>>5)&31);
 204
 205         // Release Spinlock
 206         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 207
 208         LEAVE('X', ret);
 209         #if TRACE_ALLOCS
 210         Log_Debug("PMem", "MM_AllocPhys: RETURN 0x%llx (%i free)", ret, giPageCount-giPhysAlloc);
 211         #endif
 212         return ret;
 213 }
 214
 215 /**
 216  * \fn tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 217  * \brief Allocate a range of physical pages
 218  * \param Pages Number of pages to allocate
 219  * \param MaxBits       Maximum number of address bits to use
 220  */
 221 tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 222 {
 223          int    a, b;
 224          int    i, idx, sidx;
 225         tPAddr  ret;
 226
 227         ENTER("iPages iMaxBits", Pages, MaxBits);
 228
 229         // Sanity Checks
 230         if(MaxBits < 0) {
 231                 LEAVE('i', 0);
 232                 return 0;
 233         }
 234         if(MaxBits > PHYS_BITS) MaxBits = PHYS_BITS;
 235
 236         // Lock
 237         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 238
 239         // Set up search state
 240         if( giLastPossibleFree > ((tPAddr)1 << (MaxBits-12)) ) {
 241                 sidx = (tPAddr)1 << (MaxBits-12);
 242         }
 243         else {
 244                 sidx = giLastPossibleFree;
 245         }
 246         idx = sidx / 32;
 247         sidx %= 32;
 248         b = idx % 32;
 249         a = idx / 32;
 250
 251         #if 0
 252         LOG("a=%i, b=%i, idx=%i, sidx=%i", a, b, idx, sidx);
 253
 254         // Find free page
 255         for( ; gaSuperBitmap[a] == -1 && a --; )        b = 31;
 256         if(a < 0) {
 257                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 258                 Warning("MM_AllocPhysRange - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 259                 LEAVE('i', 0);
 260                 return 0;
 261         }
 262         LOG("a = %i", a);
 263         for( ; gaSuperBitmap[a] & (1 << b); b-- )       sidx = 31;
 264         LOG("b = %i", b);
 265         idx = a * 32 + b;
 266         for( ; gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx); sidx-- )
 267                 LOG("gaPageBitmap[%i] = 0x%08x", idx, gaPageBitmap[idx]);
 268
 269         LOG("idx = %i, sidx = %i", idx, sidx);
 270         #else
 271
 272         #endif
 273
 274         // Check if the gap is large enough
 275         while( idx >= 0 )
 276         {
 277                 // Find a free page
 278                 for( ; ; )
 279                 {
 280                         // Bulk Skip
 281                         if( gaPageBitmap[idx] == -1 ) {
 282                                 idx --;
 283                                 sidx = 31;
 284                                 continue;
 285                         }
 286
 287                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) ) {
 288                                 sidx --;
 289                                 if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 290                                 if(idx < 0)     break;
 291                                 continue;
 292                         }
 293                         break;
 294                 }
 295                 if( idx < 0 )   break;
 296
 297                 // Check if it is a free range
 298                 for( i = 0; i < Pages; i++ )
 299                 {
 300                         // Used page? break
 301                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) )
 302                                 break;
 303
 304                         sidx --;
 305                         if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 306                         if(idx < 0)     break;
 307                 }
 308
 309                 if( i == Pages )
 310                         break;
 311         }
 312
 313         // Check if an address was found
 314         if( idx < 0 ) {
 315                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 316                 Warning("MM_AllocPhysRange - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 317                 LEAVE('i', 0);
 318                 return 0;
 319         }
 320
 321         // Mark pages used
 322         for( i = 0; i < Pages; i++ )
 323         {
 324                 if(gaPageReferences)
 325                         gaPageReferences[idx*32+sidx] = 1;
 326                 gaPageBitmap[ idx ] |= 1 << sidx;
 327                 sidx ++;
 328                 giPhysAlloc ++;
 329                 if(sidx == 32) { sidx = 0;      idx ++; }
 330         }
 331
 332         // Get address
 333         ret = (idx << 17) | (sidx << 12);
 334
 335         // Mark used block
 336         if(gaPageBitmap[ idx ] == -1)   gaSuperBitmap[idx/32] |= 1 << (idx%32);
 337
 338         // Release Spinlock
 339         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 340
 341         LEAVE('X', ret);
 342         #if TRACE_ALLOCS
 343         Log_Debug("PMem", "MM_AllocPhysRange: RETURN 0x%llx-0x%llx (%i free)",
 344                 ret, ret + (1<<Pages)-1, giPageCount-giPhysAlloc);
 345         #endif
 346         return ret;
 347 }
 348
 349 /**
 350  * \fn void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 351  */
 352 void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 353 {
 354         // Get page number
 355         PAddr >>= 12;
 356
 357         // We don't care about non-ram pages
 358         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 359
 360         // Lock Structures
 361         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 362
 363         // Reference the page
 364         if(gaPageReferences)
 365                 gaPageReferences[ PAddr ] ++;
 366
 367         // Mark as used
 368         gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] |= 1 << (PAddr&31);
 369
 370         // Mark used block
 371         if(gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] == -1)
 372                 gaSuperBitmap[PAddr/1024] |= 1 << ((PAddr/32)&31);
 373
 374         // Release Spinlock
 375         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 376 }
 377
 378 /**
 379  * \fn void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 380  * \brief Dereferences a physical page
 381  */
 382 void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 383 {
 384         // Get page number
 385         PAddr >>= 12;
 386
 387         // We don't care about non-ram pages
 388         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 389
 390         // Check if it is freed
 391         if(gaPageReferences[ PAddr ] == 0) {
 392                 Warning("MM_DerefPhys - Non-referenced memory dereferenced");
 393                 return;
 394         }
 395
 396         // Lock Structures
 397         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 398
 399         if( giLastPossibleFree < PAddr )
 400                 giLastPossibleFree = PAddr;
 401
 402         // Dereference
 403         gaPageReferences[ PAddr ] --;
 404
 405         // Mark as free in bitmaps
 406         if( gaPageReferences[ PAddr ] == 0 )
 407         {
 408                 #if TRACE_ALLOCS
 409                 Log_Debug("PMem", "MM_DerefPhys: Free'd 0x%x (%i free)", PAddr, giPageCount-giPhysAlloc);
 410                 #endif
 411                 //LOG("Freed 0x%x by %p\n", PAddr<<12, __builtin_return_address(0));
 412                 giPhysAlloc --;
 413                 gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] &= ~(1 << (PAddr&31));
 414                 if(gaPageReferences[ PAddr ] == 0)
 415                         gaSuperBitmap[ PAddr >> 10 ] &= ~(1 << ((PAddr >> 5)&31));
 416         }
 417
 418         // Release spinlock
 419         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 420 }
 421
 422 /**
 423  * \fn int MM_GetRefCount(tPAddr Addr)
 424  */
 425 int MM_GetRefCount(tPAddr Addr)
 426 {
 427         // Get page number
 428         Addr >>= 12;
 429
 430         // We don't care about non-ram pages
 431         if(Addr >= giPageCount) return -1;
 432
 433         // Check if it is freed
 434         return gaPageReferences[ Addr ];
 435 }