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                 if( !MM_Allocate( REFERENCE_BASE + (num<<12) ) )
 111                 {
 112                         Panic("Oh, ****, no space for the reference pages, that's bad");
 113                         for(;;);
 114                 }
 115         }
 116
 117         //LOG("Filling");
 118         // Fill references
 119         gaPageReferences = (void*)REFERENCE_BASE;
 120         memsetd(gaPageReferences, 1, kernelPages);
 121         for( num = kernelPages; num < giPageCount; num++ )
 122         {
 123                 gaPageReferences[num] = (gaPageBitmap[ num / 32 ] >> (num&31)) & 1;
 124         }
 125 }
 126
 127 /**
 128  * \fn tPAddr MM_AllocPhys(void)
 129  * \brief Allocates a physical page from the general pool
 130  */
 131 tPAddr MM_AllocPhys(void)
 132 {
 133         // int  a, b, c;
 134          int    indx;
 135         tPAddr  ret;
 136
 137         ENTER("");
 138
 139         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 140
 141         // Find free page
 142         // Scan downwards
 143         #if 1
 144         LOG("giLastPossibleFree = %i", giLastPossibleFree);
 145         for( indx = giLastPossibleFree; indx >= 0; )
 146         {
 147                 if( gaSuperBitmap[indx>>10] == -1 ) {
 148                         indx -= 1024;
 149                         continue;
 150                 }
 151
 152                 if( gaPageBitmap[indx>>5] == -1 ) {
 153                         indx -= 32;
 154                         continue;
 155                 }
 156
 157                 if( gaPageBitmap[indx>>5] & (1 << (indx&31)) ) {
 158                         indx --;
 159                         continue;
 160                 }
 161                 break;
 162         }
 163         LOG("indx = %i", indx);
 164         #else
 165         c = giLastPossibleFree % 32;
 166         b = (giLastPossibleFree / 32) % 32;
 167         a = giLastPossibleFree / 1024;
 168
 169         LOG("a=%i,b=%i,c=%i", a, b, c);
 170         for( ; gaSuperBitmap[a] == -1 && a >= 0; a-- );
 171         if(a < 0) {
 172                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 173                 Warning("MM_AllocPhys - OUT OF MEMORY (Called by %p) - %lli/%lli used",
 174                         __builtin_return_address(0), giPhysAlloc, giPageCount);
 175                 LEAVE('i', 0);
 176                 return 0;
 177         }
 178         for( ; gaSuperBitmap[a] & (1<<b); b-- );
 179         for( ; gaPageBitmap[a*32+b] & (1<<c); c-- );
 180         LOG("a=%i,b=%i,c=%i", a, b, c);
 181         indx = (a << 10) | (b << 5) | c;
 182         #endif
 183
 184         if( indx < 0 ) {
 185                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 186                 Warning("MM_AllocPhys - OUT OF MEMORY (Called by %p) - %lli/%lli used (indx = %x)",
 187                         __builtin_return_address(0), giPhysAlloc, giPageCount, indx);
 188                 Log_Debug("PMem", "giLastPossibleFree = %lli", giLastPossibleFree);
 189                 LEAVE('i', 0);
 190                 return 0;
 191         }
 192
 193         if( indx > 0xFFFFF ) {
 194                 Panic("The fuck? Too many pages! (indx = 0x%x)", indx);
 195         }
 196
 197         // Mark page used
 198         if(gaPageReferences)
 199                 gaPageReferences[ indx ] = 1;
 200         gaPageBitmap[ indx>>5 ] |= 1 << (indx&31);
 201
 202         giPhysAlloc ++;
 203
 204         // Get address
 205         ret = indx << 12;
 206         giLastPossibleFree = indx;
 207
 208         // Mark used block
 209         if(gaPageBitmap[ indx>>5 ] == -1)
 210                 gaSuperBitmap[indx>>10] |= 1 << ((indx>>5)&31);
 211
 212         // Release Spinlock
 213         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 214
 215         LEAVE('X', ret);
 216         #if TRACE_ALLOCS
 217         Log_Debug("PMem", "MM_AllocPhys: RETURN 0x%llx (%i free)", ret, giPageCount-giPhysAlloc);
 218         #endif
 219         return ret;
 220 }
 221
 222 /**
 223  * \fn tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 224  * \brief Allocate a range of physical pages
 225  * \param Pages Number of pages to allocate
 226  * \param MaxBits       Maximum number of address bits to use
 227  */
 228 tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 229 {
 230          int    a, b;
 231          int    i, idx, sidx;
 232         tPAddr  ret;
 233
 234         ENTER("iPages iMaxBits", Pages, MaxBits);
 235
 236         // Sanity Checks
 237         if(MaxBits < 0) {
 238                 LEAVE('i', 0);
 239                 return 0;
 240         }
 241         if(MaxBits > PHYS_BITS) MaxBits = PHYS_BITS;
 242
 243         // Lock
 244         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 245
 246         // Set up search state
 247         if( giLastPossibleFree > ((tPAddr)1 << (MaxBits-12)) ) {
 248                 sidx = (tPAddr)1 << (MaxBits-12);
 249         }
 250         else {
 251                 sidx = giLastPossibleFree;
 252         }
 253         idx = sidx / 32;
 254         sidx %= 32;
 255         b = idx % 32;
 256         a = idx / 32;
 257
 258         #if 0
 259         LOG("a=%i, b=%i, idx=%i, sidx=%i", a, b, idx, sidx);
 260
 261         // Find free page
 262         for( ; gaSuperBitmap[a] == -1 && a --; )        b = 31;
 263         if(a < 0) {
 264                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 265                 Warning("MM_AllocPhysRange - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 266                 LEAVE('i', 0);
 267                 return 0;
 268         }
 269         LOG("a = %i", a);
 270         for( ; gaSuperBitmap[a] & (1 << b); b-- )       sidx = 31;
 271         LOG("b = %i", b);
 272         idx = a * 32 + b;
 273         for( ; gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx); sidx-- )
 274                 LOG("gaPageBitmap[%i] = 0x%08x", idx, gaPageBitmap[idx]);
 275
 276         LOG("idx = %i, sidx = %i", idx, sidx);
 277         #else
 278
 279         #endif
 280
 281         // Check if the gap is large enough
 282         while( idx >= 0 )
 283         {
 284                 // Find a free page
 285                 for( ; ; )
 286                 {
 287                         // Bulk Skip
 288                         if( gaPageBitmap[idx] == -1 ) {
 289                                 idx --;
 290                                 sidx = 31;
 291                                 continue;
 292                         }
 293
 294                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) ) {
 295                                 sidx --;
 296                                 if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 297                                 if(idx < 0)     break;
 298                                 continue;
 299                         }
 300                         break;
 301                 }
 302                 if( idx < 0 )   break;
 303
 304                 // Check if it is a free range
 305                 for( i = 0; i < Pages; i++ )
 306                 {
 307                         // Used page? break
 308                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) )
 309                                 break;
 310
 311                         sidx --;
 312                         if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 313                         if(idx < 0)     break;
 314                 }
 315
 316                 if( i == Pages )
 317                         break;
 318         }
 319
 320         // Check if an address was found
 321         if( idx < 0 ) {
 322                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 323                 Warning("MM_AllocPhysRange - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 324                 LEAVE('i', 0);
 325                 return 0;
 326         }
 327
 328         // Mark pages used
 329         for( i = 0; i < Pages; i++ )
 330         {
 331                 if(gaPageReferences)
 332                         gaPageReferences[idx*32+sidx] = 1;
 333                 gaPageBitmap[ idx ] |= 1 << sidx;
 334                 sidx ++;
 335                 giPhysAlloc ++;
 336                 if(sidx == 32) { sidx = 0;      idx ++; }
 337         }
 338
 339         // Get address
 340         ret = (idx << 17) | (sidx << 12);
 341
 342         // Mark used block
 343         if(gaPageBitmap[ idx ] == -1)   gaSuperBitmap[idx/32] |= 1 << (idx%32);
 344
 345         // Release Spinlock
 346         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 347
 348         LEAVE('X', ret);
 349         #if TRACE_ALLOCS
 350         Log_Debug("PMem", "MM_AllocPhysRange: RETURN 0x%llx-0x%llx (%i free)",
 351                 ret, ret + (1<<Pages)-1, giPageCount-giPhysAlloc);
 352         #endif
 353         return ret;
 354 }
 355
 356 /**
 357  * \fn void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 358  */
 359 void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 360 {
 361         // Get page number
 362         PAddr >>= 12;
 363
 364         // We don't care about non-ram pages
 365         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 366
 367         // Lock Structures
 368         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 369
 370         // Reference the page
 371         if(gaPageReferences)
 372                 gaPageReferences[ PAddr ] ++;
 373
 374         // Mark as used
 375         gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] |= 1 << (PAddr&31);
 376
 377         // Mark used block
 378         if(gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] == -1)
 379                 gaSuperBitmap[PAddr/1024] |= 1 << ((PAddr/32)&31);
 380
 381         // Release Spinlock
 382         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 383 }
 384
 385 /**
 386  * \fn void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 387  * \brief Dereferences a physical page
 388  */
 389 void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 390 {
 391         // Get page number
 392         PAddr >>= 12;
 393
 394         // We don't care about non-ram pages
 395         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 396
 397         // Check if it is freed
 398         if(gaPageReferences[ PAddr ] == 0) {
 399                 Warning("MM_DerefPhys - Non-referenced memory dereferenced");
 400                 return;
 401         }
 402
 403         // Lock Structures
 404         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 405
 406         if( giLastPossibleFree < PAddr )
 407                 giLastPossibleFree = PAddr;
 408
 409         // Dereference
 410         gaPageReferences[ PAddr ] --;
 411
 412         // Mark as free in bitmaps
 413         if( gaPageReferences[ PAddr ] == 0 )
 414         {
 415                 #if TRACE_ALLOCS
 416                 Log_Debug("PMem", "MM_DerefPhys: Free'd 0x%x (%i free)", PAddr, giPageCount-giPhysAlloc);
 417                 #endif
 418                 //LOG("Freed 0x%x by %p\n", PAddr<<12, __builtin_return_address(0));
 419                 giPhysAlloc --;
 420                 gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] &= ~(1 << (PAddr&31));
 421                 if(gaPageReferences[ PAddr ] == 0)
 422                         gaSuperBitmap[ PAddr >> 10 ] &= ~(1 << ((PAddr >> 5)&31));
 423         }
 424
 425         // Release spinlock
 426         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 427 }
 428
 429 /**
 430  * \fn int MM_GetRefCount(tPAddr Addr)
 431  */
 432 int MM_GetRefCount(tPAddr Addr)
 433 {
 434         // Get page number
 435         Addr >>= 12;
 436
 437         // We don't care about non-ram pages
 438         if(Addr >= giPageCount) return -1;
 439
 440         // Check if it is freed
 441         return gaPageReferences[ Addr ];
 442 }