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) - %lli/%lli used",
 170                         __builtin_return_address(0), giPhysAlloc, giPageCount);
 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         if( indx < 0 ) {
 181                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 182                 Warning("MM_AllocPhys - OUT OF MEMORY (Called by %p) - %lli/%lli used (indx = %x)",
 183                         __builtin_return_address(0), giPhysAlloc, giPageCount, indx);
 184                 Log_Debug("PMem", "giLastPossibleFree = %lli", giLastPossibleFree);
 185                 LEAVE('i', 0);
 186                 return 0;
 187         }
 188
 189         if( indx > 0xFFFFF ) {
 190                 Panic("The fuck? Too many pages! (indx = 0x%x)", indx);
 191         }
 192
 193         // Mark page used
 194         if(gaPageReferences)
 195                 gaPageReferences[ indx ] = 1;
 196         gaPageBitmap[ indx>>5 ] |= 1 << (indx&31);
 197
 198         giPhysAlloc ++;
 199
 200         // Get address
 201         ret = indx << 12;
 202         giLastPossibleFree = indx;
 203
 204         // Mark used block
 205         if(gaPageBitmap[ indx>>5 ] == -1)
 206                 gaSuperBitmap[indx>>10] |= 1 << ((indx>>5)&31);
 207
 208         // Release Spinlock
 209         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 210
 211         LEAVE('X', ret);
 212         #if TRACE_ALLOCS
 213         Log_Debug("PMem", "MM_AllocPhys: RETURN 0x%llx (%i free)", ret, giPageCount-giPhysAlloc);
 214         #endif
 215         return ret;
 216 }
 217
 218 /**
 219  * \fn tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 220  * \brief Allocate a range of physical pages
 221  * \param Pages Number of pages to allocate
 222  * \param MaxBits       Maximum number of address bits to use
 223  */
 224 tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 225 {
 226          int    a, b;
 227          int    i, idx, sidx;
 228         tPAddr  ret;
 229
 230         ENTER("iPages iMaxBits", Pages, MaxBits);
 231
 232         // Sanity Checks
 233         if(MaxBits < 0) {
 234                 LEAVE('i', 0);
 235                 return 0;
 236         }
 237         if(MaxBits > PHYS_BITS) MaxBits = PHYS_BITS;
 238
 239         // Lock
 240         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 241
 242         // Set up search state
 243         if( giLastPossibleFree > ((tPAddr)1 << (MaxBits-12)) ) {
 244                 sidx = (tPAddr)1 << (MaxBits-12);
 245         }
 246         else {
 247                 sidx = giLastPossibleFree;
 248         }
 249         idx = sidx / 32;
 250         sidx %= 32;
 251         b = idx % 32;
 252         a = idx / 32;
 253
 254         #if 0
 255         LOG("a=%i, b=%i, idx=%i, sidx=%i", a, b, idx, sidx);
 256
 257         // Find free page
 258         for( ; gaSuperBitmap[a] == -1 && a --; )        b = 31;
 259         if(a < 0) {
 260                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 261                 Warning("MM_AllocPhysRange - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 262                 LEAVE('i', 0);
 263                 return 0;
 264         }
 265         LOG("a = %i", a);
 266         for( ; gaSuperBitmap[a] & (1 << b); b-- )       sidx = 31;
 267         LOG("b = %i", b);
 268         idx = a * 32 + b;
 269         for( ; gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx); sidx-- )
 270                 LOG("gaPageBitmap[%i] = 0x%08x", idx, gaPageBitmap[idx]);
 271
 272         LOG("idx = %i, sidx = %i", idx, sidx);
 273         #else
 274
 275         #endif
 276
 277         // Check if the gap is large enough
 278         while( idx >= 0 )
 279         {
 280                 // Find a free page
 281                 for( ; ; )
 282                 {
 283                         // Bulk Skip
 284                         if( gaPageBitmap[idx] == -1 ) {
 285                                 idx --;
 286                                 sidx = 31;
 287                                 continue;
 288                         }
 289
 290                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) ) {
 291                                 sidx --;
 292                                 if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 293                                 if(idx < 0)     break;
 294                                 continue;
 295                         }
 296                         break;
 297                 }
 298                 if( idx < 0 )   break;
 299
 300                 // Check if it is a free range
 301                 for( i = 0; i < Pages; i++ )
 302                 {
 303                         // Used page? break
 304                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) )
 305                                 break;
 306
 307                         sidx --;
 308                         if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 309                         if(idx < 0)     break;
 310                 }
 311
 312                 if( i == Pages )
 313                         break;
 314         }
 315
 316         // Check if an address was found
 317         if( idx < 0 ) {
 318                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 319                 Warning("MM_AllocPhysRange - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 320                 LEAVE('i', 0);
 321                 return 0;
 322         }
 323
 324         // Mark pages used
 325         for( i = 0; i < Pages; i++ )
 326         {
 327                 if(gaPageReferences)
 328                         gaPageReferences[idx*32+sidx] = 1;
 329                 gaPageBitmap[ idx ] |= 1 << sidx;
 330                 sidx ++;
 331                 giPhysAlloc ++;
 332                 if(sidx == 32) { sidx = 0;      idx ++; }
 333         }
 334
 335         // Get address
 336         ret = (idx << 17) | (sidx << 12);
 337
 338         // Mark used block
 339         if(gaPageBitmap[ idx ] == -1)   gaSuperBitmap[idx/32] |= 1 << (idx%32);
 340
 341         // Release Spinlock
 342         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 343
 344         LEAVE('X', ret);
 345         #if TRACE_ALLOCS
 346         Log_Debug("PMem", "MM_AllocPhysRange: RETURN 0x%llx-0x%llx (%i free)",
 347                 ret, ret + (1<<Pages)-1, giPageCount-giPhysAlloc);
 348         #endif
 349         return ret;
 350 }
 351
 352 /**
 353  * \fn void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 354  */
 355 void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 356 {
 357         // Get page number
 358         PAddr >>= 12;
 359
 360         // We don't care about non-ram pages
 361         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 362
 363         // Lock Structures
 364         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 365
 366         // Reference the page
 367         if(gaPageReferences)
 368                 gaPageReferences[ PAddr ] ++;
 369
 370         // Mark as used
 371         gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] |= 1 << (PAddr&31);
 372
 373         // Mark used block
 374         if(gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] == -1)
 375                 gaSuperBitmap[PAddr/1024] |= 1 << ((PAddr/32)&31);
 376
 377         // Release Spinlock
 378         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 379 }
 380
 381 /**
 382  * \fn void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 383  * \brief Dereferences a physical page
 384  */
 385 void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 386 {
 387         // Get page number
 388         PAddr >>= 12;
 389
 390         // We don't care about non-ram pages
 391         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 392
 393         // Check if it is freed
 394         if(gaPageReferences[ PAddr ] == 0) {
 395                 Warning("MM_DerefPhys - Non-referenced memory dereferenced");
 396                 return;
 397         }
 398
 399         // Lock Structures
 400         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 401
 402         if( giLastPossibleFree < PAddr )
 403                 giLastPossibleFree = PAddr;
 404
 405         // Dereference
 406         gaPageReferences[ PAddr ] --;
 407
 408         // Mark as free in bitmaps
 409         if( gaPageReferences[ PAddr ] == 0 )
 410         {
 411                 #if TRACE_ALLOCS
 412                 Log_Debug("PMem", "MM_DerefPhys: Free'd 0x%x (%i free)", PAddr, giPageCount-giPhysAlloc);
 413                 #endif
 414                 //LOG("Freed 0x%x by %p\n", PAddr<<12, __builtin_return_address(0));
 415                 giPhysAlloc --;
 416                 gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] &= ~(1 << (PAddr&31));
 417                 if(gaPageReferences[ PAddr ] == 0)
 418                         gaSuperBitmap[ PAddr >> 10 ] &= ~(1 << ((PAddr >> 5)&31));
 419         }
 420
 421         // Release spinlock
 422         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 423 }
 424
 425 /**
 426  * \fn int MM_GetRefCount(tPAddr Addr)
 427  */
 428 int MM_GetRefCount(tPAddr Addr)
 429 {
 430         // Get page number
 431         Addr >>= 12;
 432
 433         // We don't care about non-ram pages
 434         if(Addr >= giPageCount) return -1;
 435
 436         // Check if it is freed
 437         return gaPageReferences[ Addr ];
 438 }