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
  12 #define REFERENCE_BASE  0xE0400000
  13
  14 // === IMPORTS ===
  15 extern void     gKernelEnd;
  16
  17 // === PROTOTYPES ===
  18 tPAddr  MM_AllocPhys();
  19 tPAddr  MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits);
  20 void    MM_RefPhys(tPAddr PAddr);
  21 void    MM_DerefPhys(tPAddr PAddr);
  22
  23 // === GLOBALS ===
  24 Uint64  giPhysAlloc = 0;        // Number of allocated pages
  25 Uint64  giPageCount = 0;        // Total number of pages
  26 Uint64  giLastPossibleFree = 0; // Last possible free page (before all pages are used)
  27
  28 Uint32  gaSuperBitmap[1024];    // Blocks of 1024 Pages
  29 Uint32  gaPageBitmap[1024*1024/32];     // Individual pages
  30 Uint32  *gaPageReferences;
  31
  32 // === CODE ===
  33 void MM_Install(tMBoot_Info *MBoot)
  34 {
  35         Uint    kernelPages, num;
  36         Uint    i;
  37         Uint64  maxAddr = 0;
  38         tMBoot_Module   *mods;
  39         tMBoot_MMapEnt  *ent;
  40
  41         // --- Find largest address
  42         Log("MBoot->MMapAddr = %08x", MBoot->MMapAddr);
  43         MBoot->MMapAddr |= KERNEL_BASE;
  44         ent = (void *)( MBoot->MMapAddr );
  45         while( (Uint)ent < MBoot->MMapAddr + MBoot->MMapLength )
  46         {
  47                 Log(" ent->Size = %08x", ent->Size);
  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
  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         Log("MBoot->ModuleCount = %i", MBoot->ModuleCount);
  95         // - Module List
  96         for(i = (MBoot->ModuleCount*sizeof(tMBoot_Module)+0xFFF)>12; i--; )
  97                 MM_RefPhys( MBoot->Modules + (i << 12) );
  98         // - Modules
  99         Log("MBoot->Modules = %p", MBoot->Modules);
 100         mods = (void*)(MBoot->Modules + KERNEL_BASE);
 101         for(i = 0; i < MBoot->ModuleCount; i++)
 102         {
 103                 num = (mods[i].End - mods[i].Start + 0xFFF) >> 12;
 104                 while(num--)
 105                         MM_RefPhys( (mods[i].Start & ~0xFFF) + (num<<12) );
 106         }
 107
 108         // Allocate References
 109         //LOG("Reference Pages %i", (giPageCount*4+0xFFF)>>12);
 110         for(num = 0; num < (giPageCount*4+0xFFF)>>12; num++)
 111         {
 112                 MM_Allocate( REFERENCE_BASE + (num<<12) );
 113         }
 114
 115         //LOG("Filling");
 116         // Fill references
 117         gaPageReferences = (void*)REFERENCE_BASE;
 118         memsetd(gaPageReferences, 1, kernelPages);
 119         for( num = kernelPages; num < giPageCount; num++ )
 120         {
 121                 gaPageReferences[num] = (gaPageBitmap[ num / 32 ] >> (num&31)) & 1;
 122         }
 123 }
 124
 125 /**
 126  * \fn tPAddr MM_AllocPhys()
 127  * \brief Allocates a physical page from the general pool
 128  */
 129 tPAddr MM_AllocPhys()
 130 {
 131         // int  a, b, c;
 132          int    indx;
 133         tPAddr  ret;
 134
 135         ENTER("");
 136
 137         LOCK( &giPhysAlloc );
 138
 139         // Find free page
 140         // Scan downwards
 141         #if 1
 142         LOG("giLastPossibleFree = %i", giLastPossibleFree);
 143         for( indx = giLastPossibleFree; indx >= 0; )
 144         {
 145                 if( gaSuperBitmap[indx>>10] == -1 ) {
 146                         indx -= 1024;
 147                         continue;
 148                 }
 149                 if( gaPageBitmap[indx>>5] == -1 ) {
 150                         indx -= 32;
 151                         continue;
 152                 }
 153
 154                 if( gaPageBitmap[indx>>5] & (1 << (indx&31)) ) {
 155                         indx --;
 156                         continue;
 157                 }
 158                 break;
 159         }
 160         LOG("indx = %i", indx);
 161         #else
 162         c = giLastPossibleFree % 32;
 163         b = (giLastPossibleFree / 32) % 32;
 164         a = giLastPossibleFree / 1024;
 165
 166         LOG("a=%i,b=%i,c=%i", a, b, c);
 167         for( ; gaSuperBitmap[a] == -1 && a >= 0; a-- );
 168         if(a < 0) {
 169                 RELEASE( &giPhysAlloc );
 170                 Warning("MM_AllocPhys - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 171                 LEAVE('i', 0);
 172                 return 0;
 173         }
 174         for( ; gaSuperBitmap[a] & (1<<b); b-- );
 175         for( ; gaPageBitmap[a*32+b] & (1<<c); c-- );
 176         LOG("a=%i,b=%i,c=%i", a, b, c);
 177         indx = (a << 10) | (b << 5) | c;
 178         #endif
 179
 180         // Mark page used
 181         if(gaPageReferences)
 182                 gaPageReferences[ indx ] = 1;
 183         gaPageBitmap[ indx>>5 ] |= 1 << (indx&31);
 184
 185
 186         // Get address
 187         ret = indx << 12;
 188         giLastPossibleFree = indx;
 189
 190         // Mark used block
 191         if(gaPageBitmap[ indx>>5 ] == -1)
 192                 gaSuperBitmap[indx>>10] |= 1 << ((indx>>5)&31);
 193
 194         // Release Spinlock
 195         RELEASE( &giPhysAlloc );
 196
 197         LEAVE('X', ret);
 198         //Log("MM_AllocPhys: RETURN 0x%x", ret);
 199         return ret;
 200 }
 201
 202 /**
 203  * \fn tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 204  * \brief Allocate a range of physical pages
 205  * \param Pages Number of pages to allocate
 206  * \param MaxBits       Maximum number of address bits to use
 207  */
 208 tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 209 {
 210          int    a, b;
 211          int    i, idx, sidx;
 212         tPAddr  ret;
 213
 214         // Sanity Checks
 215         if(MaxBits < 0) return 0;
 216         if(MaxBits > PHYS_BITS) MaxBits = PHYS_BITS;
 217
 218         // Lock
 219         LOCK( &giPhysAlloc );
 220
 221         // Set up search state
 222         if( giLastPossibleFree > ((tPAddr)1 << (MaxBits-12)) ) {
 223                 sidx = (tPAddr)1 << (MaxBits-12);
 224         }
 225         else {
 226                 sidx = giLastPossibleFree;
 227         }
 228         idx = sidx / 32;
 229         sidx %= 32;
 230         b = idx % 32;
 231         a = idx / 32;
 232
 233         // Find free page
 234         for( ; gaSuperBitmap[a] == -1 && a --; );
 235         if(a < 0) {
 236                 RELEASE( &giPhysAlloc );
 237                 Warning("MM_AllocPhysRange - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 238                 return 0;
 239         }
 240         for( ; gaSuperBitmap[a] & (1 << b); b-- );
 241         idx = a * 32 + b;
 242         for( ; gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx); sidx-- );
 243
 244         // Check if the gap is large enough
 245         while( idx >= 0 )
 246         {
 247                 // Find a free page
 248                 for( ; ; )
 249                 {
 250                         // Bulk Skip
 251                         if( gaPageBitmap[idx] == -1 ) {
 252                                 idx --;
 253                                 sidx = 31;
 254                                 continue;
 255                         }
 256
 257                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) ) {
 258                                 sidx --;
 259                                 if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 260                                 if(idx < 0)     break;
 261                                 continue;
 262                         }
 263                         break;
 264                 }
 265                 if( idx < 0 )   break;
 266
 267                 // Check if it is a free range
 268                 for( i = 0; i < Pages; i++ )
 269                 {
 270                         // Used page? break
 271                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) )
 272                                 break;
 273
 274                         sidx --;
 275                         if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 276                         if(idx < 0)     break;
 277                 }
 278
 279                 if( i == Pages )
 280                         break;
 281         }
 282
 283         // Check if an address was found
 284         if( idx < 0 ) {
 285                 RELEASE( &giPhysAlloc );
 286                 Warning("MM_AllocPhysRange - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 287         }
 288
 289         // Mark pages used
 290         for( i = 0; i < Pages; i++ )
 291         {
 292                 if(gaPageReferences)
 293                         gaPageReferences[idx*32+sidx] = 1;
 294                 gaPageBitmap[ idx ] |= 1 << sidx;
 295                 sidx ++;
 296                 if(sidx == 32) {        sidx = 0;       idx ++; }
 297         }
 298
 299         // Get address
 300         ret = (idx << 17) | (sidx << 12);
 301
 302         // Mark used block
 303         if(gaPageBitmap[ idx ] == -1)   gaSuperBitmap[idx/32] |= 1 << (idx%32);
 304
 305         // Release Spinlock
 306         RELEASE( &giPhysAlloc );
 307
 308         return ret;
 309 }
 310
 311 /**
 312  * \fn void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 313  */
 314 void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 315 {
 316         // Get page number
 317         PAddr >>= 12;
 318
 319         // We don't care about non-ram pages
 320         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 321
 322         // Lock Structures
 323         LOCK( &giPhysAlloc );
 324
 325         // Reference the page
 326         if(gaPageReferences)
 327                 gaPageReferences[ PAddr ] ++;
 328
 329         // Mark as used
 330         gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] |= 1 << (PAddr&31);
 331
 332         // Mark used block
 333         if(gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] == -1)
 334                 gaSuperBitmap[PAddr/1024] |= 1 << ((PAddr/32)&31);
 335
 336         // Release Spinlock
 337         RELEASE( &giPhysAlloc );
 338 }
 339
 340 /**
 341  * \fn void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 342  * \brief Dereferences a physical page
 343  */
 344 void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 345 {
 346         // Get page number
 347         PAddr >>= 12;
 348
 349         // We don't care about non-ram pages
 350         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 351
 352         // Check if it is freed
 353         if(gaPageReferences[ PAddr ] == 0) {
 354                 Warning("MM_DerefPhys - Non-referenced memory dereferenced");
 355                 return;
 356         }
 357
 358         // Lock Structures
 359         LOCK( &giPhysAlloc );
 360
 361         if( giLastPossibleFree < PAddr )
 362                 giLastPossibleFree = PAddr;
 363
 364         // Dereference
 365         gaPageReferences[ PAddr ] --;
 366
 367         // Mark as free in bitmaps
 368         if( gaPageReferences[ PAddr ] == 0 )
 369         {
 370                 //LOG("Freed 0x%x by %p\n", PAddr<<12, __builtin_return_address(0));
 371                 gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] &= ~(1 << (PAddr&31));
 372                 if(gaPageReferences[ PAddr ] == 0)
 373                         gaSuperBitmap[ PAddr >> 10 ] &= ~(1 << ((PAddr >> 5)&31));
 374         }
 375
 376         // Release spinlock
 377         RELEASE( &giPhysAlloc );
 378 }
 379
 380 /**
 381  * \fn int MM_GetRefCount(tPAddr Addr)
 382  */
 383 int MM_GetRefCount(tPAddr Addr)
 384 {
 385         // Get page number
 386         Addr >>= 12;
 387
 388         // We don't care about non-ram pages
 389         if(Addr >= giPageCount) return -1;
 390
 391         // Check if it is freed
 392         return gaPageReferences[ Addr ];
 393 }