Kernel/arch/x86_64/mm_virt.c

   1 /*
   2  * Acess2 x86_64 Port
   3  *
   4  * Virtual Memory Manager
   5  */
   6 #define DEBUG   0
   7 #include <acess.h>
   8 #include <mm_virt.h>
   9 #include <threads_int.h>
  10 #include <proc.h>
  11
  12 // === CONSTANTS ===
  13 #define PHYS_BITS       52      // TODO: Move out
  14 #define VIRT_BITS       48
  15
  16 #define PML4_SHIFT      39
  17 #define PDP_SHIFT       30
  18 #define PDIR_SHIFT      21
  19 #define PTAB_SHIFT      12
  20
  21 #define PADDR_MASK      0x7FFFFFFF##FFFFF000
  22 #define PAGE_MASK       ((1LL << 36)-1)
  23 #define TABLE_MASK      ((1LL << 27)-1)
  24 #define PDP_MASK        ((1LL << 18)-1)
  25 #define PML4_MASK       ((1LL << 9)-1)
  26
  27 #define PF_PRESENT      0x001
  28 #define PF_WRITE        0x002
  29 #define PF_USER         0x004
  30 #define PF_LARGE        0x080
  31 #define PF_GLOBAL       0x100
  32 #define PF_COW          0x200
  33 #define PF_PAGED        0x400
  34 #define PF_NX           0x80000000##00000000
  35
  36 // === MACROS ===
  37 #define PAGETABLE(idx)  (*((Uint64*)MM_FRACTAL_BASE+((idx)&PAGE_MASK)))
  38 #define PAGEDIR(idx)    PAGETABLE((MM_FRACTAL_BASE>>12)+((idx)&TABLE_MASK))
  39 #define PAGEDIRPTR(idx) PAGEDIR((MM_FRACTAL_BASE>>21)+((idx)&PDP_MASK))
  40 #define PAGEMAPLVL4(idx)        PAGEDIRPTR((MM_FRACTAL_BASE>>30)+((idx)&PML4_MASK))
  41
  42 #define TMPCR3()        PAGEMAPLVL4(MM_TMPFRAC_BASE>>39)
  43 #define TMPTABLE(idx)   (*((Uint64*)MM_TMPFRAC_BASE+((idx)&PAGE_MASK)))
  44 #define TMPDIR(idx)     PAGETABLE((MM_TMPFRAC_BASE>>12)+((idx)&TABLE_MASK))
  45 #define TMPDIRPTR(idx)  PAGEDIR((MM_TMPFRAC_BASE>>21)+((idx)&PDP_MASK))
  46 #define TMPMAPLVL4(idx) PAGEDIRPTR((MM_TMPFRAC_BASE>>30)+((idx)&PML4_MASK))
  47
  48 #define INVLPG(__addr)  __asm__ __volatile__ ("invlpg (%0)"::"r"(__addr))
  49 #define INVLPG_ALL()    __asm__ __volatile__ ("mov %cr3,%rax;\n\tmov %rax,%cr3;")
  50 #define INVLPG_GLOBAL() __asm__ __volatile__ ("mov %cr4,%rax;\n\txorl $0x80, %eax;\n\tmov %rax,%cr4;\n\txorl $0x80, %eax;\n\tmov %rax,%cr4")
  51
  52 // === CONSTS ===
  53 //tPAddr        * const gaPageTable = MM_FRACTAL_BASE;
  54
  55 // === IMPORTS ===
  56 extern void     Error_Backtrace(Uint IP, Uint BP);
  57 extern tPAddr   gInitialPML4[512];
  58 extern void     Threads_SegFault(tVAddr Addr);
  59 extern char     _UsertextBase[];
  60
  61 // === PROTOTYPES ===
  62 void    MM_InitVirt(void);
  63 //void  MM_FinishVirtualInit(void);
  64 void    MM_int_ClonePageEnt( Uint64 *Ent, void *NextLevel, tVAddr Addr, int bTable );
  65  int    MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs);
  66 void    MM_int_DumpTablesEnt(tVAddr RangeStart, size_t Length, tPAddr Expected);
  67 void    MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End);
  68  int    MM_GetPageEntryPtr(tVAddr Addr, BOOL bTemp, BOOL bAllocate, BOOL bLargePage, tPAddr **Pointer);
  69  int    MM_MapEx(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr, BOOL bTemp, BOOL bLarge);
  70 // int  MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr);
  71 void    MM_Unmap(tVAddr VAddr);
  72 void    MM_int_ClearTableLevel(tVAddr VAddr, int LevelBits, int MaxEnts);
  73 void    MM_ClearUser(void);
  74  int    MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags);
  75
  76 // === GLOBALS ===
  77 tMutex  glMM_TempFractalLock;
  78 tPAddr  gMM_ZeroPage;
  79
  80 // === CODE ===
  81 void MM_InitVirt(void)
  82 {
  83 //      Log_Debug("MMVirt", "&PAGEMAPLVL4(0) = %p", &PAGEMAPLVL4(0));
  84 //      MM_DumpTables(0, -1L);
  85 }
  86
  87 void MM_FinishVirtualInit(void)
  88 {
  89         PAGEMAPLVL4(0) = 0;
  90 }
  91
  92 /**
  93  * \brief Clone a page from an entry
  94  * \param Ent   Pointer to the entry in the PML4/PDP/PD/PT
  95  * \param NextLevel     Pointer to contents of the entry
  96  * \param Addr  Dest address
  97  * \note Used in COW
  98  */
  99 void MM_int_ClonePageEnt( Uint64 *Ent, void *NextLevel, tVAddr Addr, int bTable )
 100 {
 101         tPAddr  curpage = *Ent & PADDR_MASK;
 102         if( MM_GetRefCount( curpage ) <= 0 ) {
 103                 Log_KernelPanic("MMVirt", "Page %P still marked COW, but unreferenced", curpage);
 104         }
 105         if( MM_GetRefCount( curpage ) == 1 )
 106         {
 107                 *Ent &= ~PF_COW;
 108                 *Ent |= PF_PRESENT|PF_WRITE;
 109 //              Log_Debug("MMVirt", "COW ent at %p (%p) only %P", Ent, NextLevel, curpage);
 110         }
 111         else
 112         {
 113                 void    *tmp;
 114                 tPAddr  paddr;
 115
 116                 if( !(paddr = MM_AllocPhys()) ) {
 117                         Threads_SegFault(Addr);
 118                         return ;
 119                 }
 120
 121                 ASSERT(paddr != curpage);
 122
 123                 tmp = (void*)MM_MapTemp(paddr);
 124                 memcpy( tmp, NextLevel, 0x1000 );
 125                 MM_FreeTemp( (tVAddr)tmp );
 126
 127 //              Log_Debug("MMVirt", "COW ent at %p (%p) from %P to %P", Ent, NextLevel, curpage, paddr);
 128
 129                 MM_DerefPhys( curpage );
 130                 *Ent &= PF_USER;
 131                 *Ent |= paddr|PF_PRESENT|PF_WRITE;
 132         }
 133         INVLPG( (tVAddr)NextLevel );
 134
 135         // Mark COW on pages
 136         if(bTable)
 137         {
 138                 Uint64  *dp = NextLevel;
 139                  int    i;
 140                 for( i = 0; i < 512; i ++ )
 141                 {
 142                         if( !(dp[i] & PF_PRESENT) )     continue;
 143                         MM_RefPhys( dp[i] & PADDR_MASK );
 144                         if( dp[i] & PF_WRITE ) {
 145                                 dp[i] &= ~PF_WRITE;
 146                                 dp[i] |= PF_COW;
 147                         }
 148                 }
 149         }
 150 }
 151
 152 /*
 153  * \brief Called on a page fault
 154  */
 155 int MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs)
 156 {
 157 //      Log_Debug("MMVirt", "Addr = %p, ErrorCode = %x", Addr, ErrorCode);
 158
 159         // Catch reserved bits first
 160         if( ErrorCode & 0x8 )
 161         {
 162                 Log_Warning("MMVirt", "Reserved bits trashed!");
 163                 Log_Warning("MMVirt", "PML4 Ent   = %P", PAGEMAPLVL4(Addr>>39));
 164                 if( !(PAGEMAPLVL4(Addr>>39) & PF_PRESENT) )     goto print_done;
 165                 Log_Warning("MMVirt", "PDP Ent    = %P", PAGEDIRPTR(Addr>>30));
 166                 if( !(PAGEDIRPTR(Addr>>30) & PF_PRESENT) )      goto print_done;
 167                 Log_Warning("MMVirt", "PDir Ent   = %P", PAGEDIR(Addr>>21));
 168                 if( !(PAGEDIR(Addr>>21) & PF_PRESENT) ) goto print_done;
 169                 Log_Warning("MMVirt", "PTable Ent = %P", PAGETABLE(Addr>>12));
 170                 if( !(PAGETABLE(Addr>>12) & PF_PRESENT) )       goto print_done;
 171         print_done:
 172
 173                 for(;;);
 174         }
 175
 176         // TODO: Implement Copy-on-Write
 177         #if 1
 178         if( PAGEMAPLVL4(Addr>>39) & PF_PRESENT
 179          && PAGEDIRPTR (Addr>>30) & PF_PRESENT
 180          && PAGEDIR    (Addr>>21) & PF_PRESENT
 181          && PAGETABLE  (Addr>>12) & PF_PRESENT )
 182         {
 183                 // PML4 Entry
 184                 if( PAGEMAPLVL4(Addr>>39) & PF_COW )
 185                 {
 186                         tPAddr  *dp = &PAGEDIRPTR((Addr>>39)*512);
 187                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGEMAPLVL4(Addr>>39), dp, Addr, 1 );
 188 //                      MM_DumpTables(Addr>>39 << 39, (((Addr>>39) + 1) << 39) - 1);
 189                 }
 190                 // PDP Entry
 191                 if( PAGEDIRPTR(Addr>>30) & PF_COW )
 192                 {
 193                         tPAddr  *dp = &PAGEDIR( (Addr>>30)*512 );
 194                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGEDIRPTR(Addr>>30), dp, Addr, 1 );
 195 //                      MM_DumpTables(Addr>>30 << 30, (((Addr>>30) + 1) << 30) - 1);
 196                 }
 197                 // PD Entry
 198                 if( PAGEDIR(Addr>>21) & PF_COW )
 199                 {
 200                         tPAddr  *dp = &PAGETABLE( (Addr>>21)*512 );
 201                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGEDIR(Addr>>21), dp, Addr, 1 );
 202 //                      MM_DumpTables(Addr>>21 << 21, (((Addr>>21) + 1) << 21) - 1);
 203                 }
 204                 // PT Entry
 205                 if( PAGETABLE(Addr>>12) & PF_COW )
 206                 {
 207                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGETABLE(Addr>>12), (void*)(Addr & ~0xFFF), Addr, 0 );
 208                         INVLPG( Addr & ~0xFFF );
 209                         return 0;
 210                 }
 211         }
 212         #endif
 213
 214         // If it was a user, tell the thread handler
 215         if(ErrorCode & 4) {
 216                 Warning("User %s %s memory%s",
 217                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 218                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 219                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 220                         );
 221                 Warning("User Pagefault: Instruction at %04x:%p accessed %p",
 222                         Regs->CS, Regs->RIP, Addr);
 223                 __asm__ __volatile__ ("sti");   // Restart IRQs
 224                 Error_Backtrace(Regs->RIP, Regs->RBP);
 225                 Threads_SegFault(Addr);
 226                 return 0;
 227         }
 228
 229         // Kernel #PF
 230         Debug_KernelPanic();
 231         // -- Check Error Code --
 232         if(ErrorCode & 8)
 233                 Warning("Reserved Bits Trashed!");
 234         else
 235         {
 236                 Warning("Kernel %s %s memory%s",
 237                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 238                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 239                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 240                         );
 241         }
 242
 243         Log("Thread %i - Code at %p accessed %p", Threads_GetTID(), Regs->RIP, Addr);
 244         // Print Stack Backtrace
 245         Error_Backtrace(Regs->RIP, Regs->RBP);
 246
 247         MM_DumpTables(0, -1);
 248
 249         return 1;
 250 }
 251
 252 void MM_int_DumpTablesEnt(tVAddr RangeStart, size_t Length, tPAddr Expected)
 253 {
 254         #define CANOICAL(addr)  ((addr)&0x800000000000?(addr)|0xFFFF000000000000:(addr))
 255         LogF("%016llx => ", CANOICAL(RangeStart));
 256 //      LogF("%6llx %6llx %6llx %016llx => ",
 257 //              MM_GetPhysAddr( (tVAddr)&PAGEDIRPTR(RangeStart>>30) ),
 258 //              MM_GetPhysAddr( (tVAddr)&PAGEDIR(RangeStart>>21) ),
 259 //              MM_GetPhysAddr( (tVAddr)&PAGETABLE(RangeStart>>12) ),
 260 //              CANOICAL(RangeStart)
 261 //              );
 262         if( gMM_ZeroPage && (PAGETABLE(RangeStart>>12) & PADDR_MASK) == gMM_ZeroPage )
 263                 LogF("%13s", "zero" );
 264         else
 265                 LogF("%13llx", PAGETABLE(RangeStart>>12) & PADDR_MASK );
 266         LogF(" : 0x%6llx (%c%c%c%c)\r\n",
 267                 Length,
 268                 (Expected & PF_PAGED ? 'p' : '-'),
 269                 (Expected & PF_COW ? 'C' : '-'),
 270                 (Expected & PF_USER ? 'U' : '-'),
 271                 (Expected & PF_WRITE ? 'W' : '-')
 272                 );
 273         #undef CANOICAL
 274 }
 275
 276 /**
 277  * \brief Dumps the layout of the page tables
 278  */
 279 void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
 280 {
 281         const tPAddr    CHANGEABLE_BITS = ~(PF_PRESENT|PF_WRITE|PF_USER|PF_COW|PF_PAGED) & 0xFFF;
 282         const tPAddr    MASK = ~CHANGEABLE_BITS;        // Physical address and access bits
 283         tVAddr  rangeStart = 0;
 284         tPAddr  expected = CHANGEABLE_BITS;     // CHANGEABLE_BITS is used because it's not a vaild value
 285         tVAddr  curPos;
 286         Uint    page;
 287
 288         Log("Table Entries: (%p to %p)", Start, End);
 289
 290         End &= (1L << 48) - 1;
 291
 292         Start >>= 12;   End >>= 12;
 293
 294         for(page = Start, curPos = Start<<12;
 295                 page < End;
 296                 curPos += 0x1000, page++)
 297         {
 298                 //Debug("&PAGEMAPLVL4(%i page>>27) = %p", page>>27, &PAGEMAPLVL4(page>>27));
 299                 //Debug("&PAGEDIRPTR(%i page>>18) = %p", page>>18, &PAGEDIRPTR(page>>18));
 300                 //Debug("&PAGEDIR(%i page>>9) = %p", page>>9, &PAGEDIR(page>>9));
 301                 //Debug("&PAGETABLE(%i page) = %p", page, &PAGETABLE(page));
 302
 303                 // End of a range
 304                 if(!(PAGEMAPLVL4(page>>27) & PF_PRESENT)
 305                 || !(PAGEDIRPTR(page>>18) & PF_PRESENT)
 306                 || !(PAGEDIR(page>>9) & PF_PRESENT)
 307                 || !(PAGETABLE(page) & PF_PRESENT)
 308                 || (PAGETABLE(page) & MASK) != expected)
 309                 {
 310                         if(expected != CHANGEABLE_BITS)
 311                         {
 312                                 MM_int_DumpTablesEnt( rangeStart, curPos - rangeStart, expected );
 313                                 expected = CHANGEABLE_BITS;
 314                         }
 315
 316                         if( curPos == 0x800000000000L )
 317                                 curPos = 0xFFFF800000000000L;
 318
 319                         if( !(PAGEMAPLVL4(page>>27) & PF_PRESENT) ) {
 320                                 page += (1 << 27) - 1;
 321                                 curPos += (1L << 39) - 0x1000;
 322                                 continue;
 323                         }
 324                         if( !(PAGEDIRPTR(page>>18) & PF_PRESENT) ) {
 325                                 page += (1 << 18) - 1;
 326                                 curPos += (1L << 30) - 0x1000;
 327                                 continue;
 328                         }
 329                         if( !(PAGEDIR(page>>9) & PF_PRESENT) ) {
 330                                 page += (1 << 9) - 1;
 331                                 curPos += (1L << 21) - 0x1000;
 332                                 continue;
 333                         }
 334                         if( !(PAGETABLE(page) & PF_PRESENT) )   continue;
 335
 336                         expected = (PAGETABLE(page) & MASK);
 337                         rangeStart = curPos;
 338                 }
 339                 if(gMM_ZeroPage && (expected & PADDR_MASK) == gMM_ZeroPage )
 340                         expected = expected;
 341                 else if(expected != CHANGEABLE_BITS)
 342                         expected += 0x1000;
 343         }
 344
 345         if(expected != CHANGEABLE_BITS) {
 346                 MM_int_DumpTablesEnt( rangeStart, curPos - rangeStart, expected );
 347                 expected = 0;
 348         }
 349 }
 350
 351 /**
 352  * \brief Get a pointer to a page entry
 353  * \param Addr  Virtual Address
 354  * \param bTemp Use the Temporary fractal mapping
 355  * \param bAllocate     Allocate entries
 356  * \param bLargePage    Request a large page
 357  * \param Pointer       Location to place the calculated pointer
 358  * \return Page size, or -ve on error
 359  */
 360 int MM_GetPageEntryPtr(tVAddr Addr, BOOL bTemp, BOOL bAllocate, BOOL bLargePage, tPAddr **Pointer)
 361 {
 362         tPAddr  *pmlevels[4];
 363         tPAddr  tmp;
 364          int    i, size;
 365
 366         #define BITMASK(bits)   ( (1LL << (bits))-1 )
 367
 368         if( bTemp )
 369         {
 370                 pmlevels[3] = &TMPTABLE(0);     // Page Table
 371                 pmlevels[2] = &TMPDIR(0);       // PDIR
 372                 pmlevels[1] = &TMPDIRPTR(0);    // PDPT
 373                 pmlevels[0] = &TMPMAPLVL4(0);   // PML4
 374         }
 375         else
 376         {
 377                 pmlevels[3] = (void*)MM_FRACTAL_BASE;   // Page Table
 378                 pmlevels[2] = &pmlevels[3][(MM_FRACTAL_BASE>>12)&BITMASK(VIRT_BITS-12)];        // PDIR
 379                 pmlevels[1] = &pmlevels[2][(MM_FRACTAL_BASE>>21)&BITMASK(VIRT_BITS-21)];        // PDPT
 380                 pmlevels[0] = &pmlevels[1][(MM_FRACTAL_BASE>>30)&BITMASK(VIRT_BITS-30)];        // PML4
 381         }
 382
 383         // Mask address
 384         Addr &= (1ULL << 48)-1;
 385
 386         for( size = 39, i = 0; size > 12; size -= 9, i ++ )
 387         {
 388                 Uint64  *ent = &pmlevels[i][Addr >> size];
 389 //              INVLPG( &pmlevels[i][ (Addr >> ADDR_SIZES[i]) &
 390
 391                 // Check for a free large page slot
 392                 // TODO: Better support with selectable levels
 393                 if( (Addr & ((1ULL << size)-1)) == 0 && bLargePage )
 394                 {
 395                         if(Pointer)     *Pointer = ent;
 396                         return size;
 397                 }
 398                 // Allocate an entry if required
 399                 if( !(*ent & PF_PRESENT) )
 400                 {
 401                         if( !bAllocate )        return -4;      // If allocation is not requested, error
 402                         if( !(tmp = MM_AllocPhys()) )   return -2;
 403                         *ent = tmp | 3;
 404                         if( Addr < 0x800000000000 )
 405                                 *ent |= PF_USER;
 406                         INVLPG( &pmlevels[i+1][ (Addr>>size)*512 ] );
 407                         memset( &pmlevels[i+1][ (Addr>>size)*512 ], 0, 0x1000 );
 408                         LOG("Init PML%i ent 0x%x %p with %P", 4 - i,
 409                                 Addr>>size, (Addr>>size) << size, tmp);
 410                 }
 411                 // Catch large pages
 412                 else if( *ent & PF_LARGE )
 413                 {
 414                         // Alignment
 415                         if( (Addr & ((1ULL << size)-1)) != 0 )  return -3;
 416                         if(Pointer)     *Pointer = ent;
 417                         return size;    // Large page warning
 418                 }
 419         }
 420
 421         // And, set the page table entry
 422         if(Pointer)     *Pointer = &pmlevels[i][Addr >> size];
 423         return size;
 424 }
 425
 426 /**
 427  * \brief Map a physical page to a virtual one
 428  * \param VAddr Target virtual address
 429  * \param PAddr Physical address of page
 430  * \param bTemp Use tempoary mappings
 431  * \param bLarge        Treat as a large page
 432  */
 433 int MM_MapEx(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr, BOOL bTemp, BOOL bLarge)
 434 {
 435         tPAddr  *ent;
 436          int    rv;
 437
 438         ENTER("pVAddr PPAddr", VAddr, PAddr);
 439
 440         // Get page pointer (Allow allocating)
 441         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, bTemp, 1, bLarge, &ent);
 442         if(rv < 0)      LEAVE_RET('i', 0);
 443
 444         if( *ent & 1 )  LEAVE_RET('i', 0);
 445
 446         *ent = PAddr | 3;
 447
 448         if( VAddr < 0x800000000000 )
 449                 *ent |= PF_USER;
 450
 451         INVLPG( VAddr );
 452
 453         LEAVE('i', 1);
 454         return 1;
 455 }
 456
 457 /**
 458  * \brief Map a physical page to a virtual one
 459  * \param VAddr Target virtual address
 460  * \param PAddr Physical address of page
 461  */
 462 int MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr)
 463 {
 464         return MM_MapEx(VAddr, PAddr, 0, 0);
 465 }
 466
 467 /**
 468  * \brief Removed a mapped page
 469  */
 470 void MM_Unmap(tVAddr VAddr)
 471 {
 472         // Check PML4
 473         if( !(PAGEMAPLVL4(VAddr >> 39) & 1) )   return ;
 474         // Check PDP
 475         if( !(PAGEDIRPTR(VAddr >> 30) & 1) )    return ;
 476         // Check Page Dir
 477         if( !(PAGEDIR(VAddr >> 21) & 1) )       return ;
 478
 479         PAGETABLE(VAddr >> PTAB_SHIFT) = 0;
 480         INVLPG( VAddr );
 481 }
 482
 483 /**
 484  * \brief Allocate a block of memory at the specified virtual address
 485  */
 486 tPAddr MM_Allocate(tVAddr VAddr)
 487 {
 488         tPAddr  ret;
 489
 490         ENTER("xVAddr", VAddr);
 491
 492         // Ensure the tables are allocated before the page (keeps things neat)
 493         MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 1, 0, NULL);
 494
 495         // Allocate the page
 496         ret = MM_AllocPhys();
 497         LOG("ret = %x", ret);
 498         if(!ret)        LEAVE_RET('i', 0);
 499
 500         if( !MM_Map(VAddr, ret) )
 501         {
 502                 Warning("MM_Allocate: Unable to map. Strange, we should have errored earlier");
 503                 MM_DerefPhys(ret);
 504                 LEAVE('i');
 505                 return 0;
 506         }
 507
 508         LEAVE('X', ret);
 509         return ret;
 510 }
 511
 512 tPAddr MM_AllocateZero(tVAddr VAddr)
 513 {
 514         tPAddr  ret = gMM_ZeroPage;
 515
 516         MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 1, 0, NULL);
 517
 518         if(!gMM_ZeroPage) {
 519                 ret = gMM_ZeroPage = MM_AllocPhys();
 520                 MM_RefPhys(ret);        // Don't free this please
 521                 MM_Map(VAddr, ret);
 522                 memset((void*)VAddr, 0, 0x1000);
 523         }
 524         else {
 525                 MM_Map(VAddr, ret);
 526         }
 527         MM_RefPhys(ret);        // Refernce for this map
 528         MM_SetFlags(VAddr, MM_PFLAG_COW, MM_PFLAG_COW);
 529         return ret;
 530 }
 531
 532 /**
 533  * \brief Deallocate a page at a virtual address
 534  */
 535 void MM_Deallocate(tVAddr VAddr)
 536 {
 537         tPAddr  phys;
 538
 539         phys = MM_GetPhysAddr(VAddr);
 540         if(!phys)       return ;
 541
 542         MM_Unmap(VAddr);
 543
 544         MM_DerefPhys(phys);
 545 }
 546
 547 /**
 548  * \brief Get the page table entry of a virtual address
 549  * \param Addr  Virtual Address
 550  * \param Phys  Location to put the physical address
 551  * \param Flags Flags on the entry (set to zero if unmapped)
 552  * \return Size of the entry (in address bits) - 12 = 4KiB page
 553  */
 554 int MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags)
 555 {
 556         tPAddr  *ptr;
 557          int    ret;
 558
 559         if(!Phys || !Flags)     return 0;
 560
 561         ret = MM_GetPageEntryPtr(Addr, 0, 0, 0, &ptr);
 562         if( ret < 0 )   return 0;
 563
 564         *Phys = *ptr & PADDR_MASK;
 565         *Flags = *ptr & 0xFFF;
 566         return ret;
 567 }
 568
 569 /**
 570  * \brief Get the physical address of a virtual location
 571  */
 572 tPAddr MM_GetPhysAddr(tVAddr Addr)
 573 {
 574         tPAddr  *ptr;
 575          int    ret;
 576
 577         ret = MM_GetPageEntryPtr(Addr, 0, 0, 0, &ptr);
 578         if( ret < 0 )   return 0;
 579
 580         if( !(*ptr & 1) )       return 0;
 581
 582         return (*ptr & PADDR_MASK) | (Addr & 0xFFF);
 583 }
 584
 585 /**
 586  * \brief Sets the flags on a page
 587  */
 588 void MM_SetFlags(tVAddr VAddr, Uint Flags, Uint Mask)
 589 {
 590         tPAddr  *ent;
 591          int    rv;
 592
 593         // Get pointer
 594         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 0, 0, &ent);
 595         if(rv < 0)      return ;
 596
 597         // Ensure the entry is valid
 598         if( !(*ent & 1) )       return ;
 599
 600         // Read-Only
 601         if( Mask & MM_PFLAG_RO )
 602         {
 603                 if( Flags & MM_PFLAG_RO ) {
 604                         *ent &= ~PF_WRITE;
 605                 }
 606                 else {
 607                         *ent |= PF_WRITE;
 608                 }
 609         }
 610
 611         // Kernel
 612         if( Mask & MM_PFLAG_KERNEL )
 613         {
 614                 if( Flags & MM_PFLAG_KERNEL ) {
 615                         *ent &= ~PF_USER;
 616                 }
 617                 else {
 618                         *ent |= PF_USER;
 619                 }
 620         }
 621
 622         // Copy-On-Write
 623         if( Mask & MM_PFLAG_COW )
 624         {
 625                 if( Flags & MM_PFLAG_COW ) {
 626                         *ent &= ~PF_WRITE;
 627                         *ent |= PF_COW;
 628                 }
 629                 else {
 630                         *ent &= ~PF_COW;
 631                         *ent |= PF_WRITE;
 632                 }
 633         }
 634
 635         // Execute
 636         if( Mask & MM_PFLAG_EXEC )
 637         {
 638                 if( Flags & MM_PFLAG_EXEC ) {
 639                         *ent &= ~PF_NX;
 640                 }
 641                 else {
 642                         *ent |= PF_NX;
 643                 }
 644         }
 645 }
 646
 647 /**
 648  * \brief Get the flags applied to a page
 649  */
 650 Uint MM_GetFlags(tVAddr VAddr)
 651 {
 652         tPAddr  *ent;
 653          int    rv, ret = 0;
 654
 655         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 0, 0, &ent);
 656         if(rv < 0)      return 0;
 657
 658         if( !(*ent & 1) )       return 0;
 659
 660         // Read-Only
 661         if( !(*ent & PF_WRITE) )        ret |= MM_PFLAG_RO;
 662         // Kernel
 663         if( !(*ent & PF_USER) ) ret |= MM_PFLAG_KERNEL;
 664         // Copy-On-Write
 665         if( *ent & PF_COW )     ret |= MM_PFLAG_COW;
 666         // Execute
 667         if( !(*ent & PF_NX) )   ret |= MM_PFLAG_EXEC;
 668
 669         return ret;
 670 }
 671
 672 // --- Hardware Mappings ---
 673 /**
 674  * \brief Map a range of hardware pages
 675  */
 676 tVAddr MM_MapHWPages(tPAddr PAddr, Uint Number)
 677 {
 678         tVAddr  ret;
 679          int    num;
 680
 681         //TODO: Add speedups (memory of first possible free)
 682         for( ret = MM_HWMAP_BASE; ret < MM_HWMAP_TOP; ret += 0x1000 )
 683         {
 684                 for( num = Number; num -- && ret < MM_HWMAP_TOP; ret += 0x1000 )
 685                 {
 686                         if( MM_GetPhysAddr(ret) != 0 )  break;
 687                 }
 688                 if( num >= 0 )  continue;
 689
 690 //              Log_Debug("MMVirt", "Mapping %i pages to %p (base %P)", Number, ret-Number*0x1000, PAddr);
 691
 692                 PAddr += 0x1000 * Number;
 693
 694                 while( Number -- )
 695                 {
 696                         ret -= 0x1000;
 697                         PAddr -= 0x1000;
 698                         MM_Map(ret, PAddr);
 699                         MM_RefPhys(PAddr);
 700                 }
 701
 702                 return ret;
 703         }
 704
 705         Log_Error("MM", "MM_MapHWPages - No space for %i pages", Number);
 706         return 0;
 707 }
 708
 709 /**
 710  * \brief Free a range of hardware pages
 711  */
 712 void MM_UnmapHWPages(tVAddr VAddr, Uint Number)
 713 {
 714 //      Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_UnmapHWPages");
 715         while( Number -- )
 716         {
 717                 MM_DerefPhys( MM_GetPhysAddr(VAddr) );
 718                 MM_Unmap(VAddr);
 719                 VAddr += 0x1000;
 720         }
 721 }
 722
 723
 724 /**
 725  * \fn tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
 726  * \brief Allocates DMA physical memory
 727  * \param Pages Number of pages required
 728  * \param MaxBits       Maximum number of bits the physical address can have
 729  * \param PhysAddr      Pointer to the location to place the physical address allocated
 730  * \return Virtual address allocate
 731  */
 732 tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
 733 {
 734         tPAddr  phys;
 735         tVAddr  ret;
 736
 737         // Sanity Check
 738         if(MaxBits < 12 || !PhysAddr)   return 0;
 739
 740         // Fast Allocate
 741         if(Pages == 1 && MaxBits >= PHYS_BITS)
 742         {
 743                 phys = MM_AllocPhys();
 744                 *PhysAddr = phys;
 745                 ret = MM_MapHWPages(phys, 1);
 746                 MM_DerefPhys(phys);
 747                 return ret;
 748         }
 749
 750         // Slow Allocate
 751         phys = MM_AllocPhysRange(Pages, MaxBits);
 752         // - Was it allocated?
 753         if(phys == 0)   return 0;
 754
 755         // Allocated successfully, now map
 756         ret = MM_MapHWPages(phys, Pages);
 757         // MapHWPages references the pages, so deref them back down to 1
 758         for(;Pages--;phys+=0x1000)
 759                 MM_DerefPhys(phys);
 760         if( ret == 0 ) {
 761                 // If it didn't map, free then return 0
 762                 return 0;
 763         }
 764
 765         *PhysAddr = phys;
 766         return ret;
 767 }
 768
 769 // --- Tempory Mappings ---
 770 tVAddr MM_MapTemp(tPAddr PAddr)
 771 {
 772         const int max_slots = (MM_TMPMAP_END - MM_TMPMAP_BASE) / PAGE_SIZE;
 773         tVAddr  ret = MM_TMPMAP_BASE;
 774          int    i;
 775
 776         for( i = 0; i < max_slots; i ++, ret += PAGE_SIZE )
 777         {
 778                 tPAddr  *ent;
 779                 if( MM_GetPageEntryPtr( ret, 0, 1, 0, &ent) < 0 ) {
 780                         continue ;
 781                 }
 782
 783                 if( *ent & 1 )
 784                         continue ;
 785
 786                 *ent = PAddr | 3;
 787                 MM_RefPhys(PAddr);
 788                 INVLPG(ret);
 789                 return ret;
 790         }
 791         return 0;
 792 }
 793
 794 void MM_FreeTemp(tVAddr VAddr)
 795 {
 796         MM_Deallocate(VAddr);
 797         return ;
 798 }
 799
 800
 801 // --- Address Space Clone --
 802 tPAddr MM_Clone(void)
 803 {
 804         tPAddr  ret;
 805          int    i;
 806         tVAddr  kstackbase;
 807
 808         // #1 Create a copy of the PML4
 809         ret = MM_AllocPhys();
 810         if(!ret)        return 0;
 811
 812         // #2 Alter the fractal pointer
 813         Mutex_Acquire(&glMM_TempFractalLock);
 814         TMPCR3() = ret | 3;
 815         INVLPG_ALL();
 816
 817         // #3 Set Copy-On-Write to all user pages
 818         for( i = 0; i < 256; i ++)
 819         {
 820                 if( PAGEMAPLVL4(i) & PF_WRITE ) {
 821                         PAGEMAPLVL4(i) |= PF_COW;
 822                         PAGEMAPLVL4(i) &= ~PF_WRITE;
 823                 }
 824
 825                 TMPMAPLVL4(i) = PAGEMAPLVL4(i);
 826 //              Log_Debug("MM", "TMPMAPLVL4(%i) = 0x%016llx", i, TMPMAPLVL4(i));
 827                 if( !(TMPMAPLVL4(i) & PF_PRESENT) )     continue ;
 828
 829                 MM_RefPhys( TMPMAPLVL4(i) & PADDR_MASK );
 830         }
 831
 832         // #4 Map in kernel pages
 833         for( i = 256; i < 512; i ++ )
 834         {
 835                 // Skip addresses:
 836                 // 320 0xFFFFA....      - Kernel Stacks
 837                 if( i == 320 )  continue;
 838                 // 509 0xFFFFFE0..      - Fractal mapping
 839                 if( i == 508 )  continue;
 840                 // 510 0xFFFFFE8..      - Temp fractal mapping
 841                 if( i == 509 )  continue;
 842
 843                 TMPMAPLVL4(i) = PAGEMAPLVL4(i);
 844                 if( TMPMAPLVL4(i) & 1 )
 845                         MM_RefPhys( TMPMAPLVL4(i) & PADDR_MASK );
 846         }
 847
 848         // Mark Per-Process data as COW
 849         TMPMAPLVL4(MM_PPD_BASE>>39) |= PF_COW;
 850         TMPMAPLVL4(MM_PPD_BASE>>39) &= ~PF_WRITE;
 851
 852         // #5 Set fractal mapping
 853         TMPMAPLVL4(MM_FRACTAL_BASE>>39) = ret | 3;      // Main
 854         TMPMAPLVL4(MM_TMPFRAC_BASE>>39) = 0;    // Temp
 855
 856         // #6 Create kernel stack
 857         //  tThread->KernelStack is the top
 858         //  There is 1 guard page below the stack
 859         kstackbase = Proc_GetCurThread()->KernelStack - KERNEL_STACK_SIZE;
 860
 861         // Clone stack
 862         TMPMAPLVL4(MM_KSTACK_BASE >> PML4_SHIFT) = 0;
 863         for( i = 1; i < KERNEL_STACK_SIZE/0x1000; i ++ )
 864         {
 865                 tPAddr  phys = MM_AllocPhys();
 866                 tVAddr  tmpmapping;
 867                 MM_MapEx(kstackbase+i*0x1000, phys, 1, 0);
 868
 869                 tmpmapping = MM_MapTemp(phys);
 870                 if( MM_GetPhysAddr( kstackbase+i*0x1000 ) )
 871                         memcpy((void*)tmpmapping, (void*)(kstackbase+i*0x1000), 0x1000);
 872                 else
 873                         memset((void*)tmpmapping, 0, 0x1000);
 874 //              if( i == 0xF )
 875 //                      Debug_HexDump("MM_Clone: *tmpmapping = ", (void*)tmpmapping, 0x1000);
 876                 MM_FreeTemp(tmpmapping);
 877         }
 878
 879 //      MAGIC_BREAK();
 880
 881         // #7 Return
 882         TMPCR3() = 0;
 883         INVLPG_ALL();
 884         Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
 885 //      Log("MM_Clone: RETURN %P", ret);
 886         return ret;
 887 }
 888
 889 void MM_int_ClearTableLevel(tVAddr VAddr, int LevelBits, int MaxEnts)
 890 {
 891         Uint64  * const table_bases[] = {&PAGETABLE(0), &PAGEDIR(0), &PAGEDIRPTR(0), &PAGEMAPLVL4(0)};
 892         Uint64  *table = table_bases[(LevelBits-12)/9] + (VAddr >> LevelBits);
 893          int    i;
 894 //      Log("MM_int_ClearTableLevel: (VAddr=%p, LevelBits=%i, MaxEnts=%i)", VAddr, LevelBits, MaxEnts);
 895         for( i = 0; i < MaxEnts; i ++ )
 896         {
 897                 // Skip non-present tables
 898                 if( !(table[i] & PF_PRESENT) ) {
 899                         table[i] = 0;
 900                         continue ;
 901                 }
 902
 903                 if( (table[i] & PF_COW) && MM_GetRefCount(table[i] & PADDR_MASK) > 1 ) {
 904                         MM_DerefPhys(table[i] & PADDR_MASK);
 905                         table[i] = 0;
 906                         continue ;
 907                 }
 908                 // Clear table contents (if it is a table)
 909                 if( LevelBits > 12 )
 910                         MM_int_ClearTableLevel(VAddr + ((tVAddr)i << LevelBits), LevelBits-9, 512);
 911                 MM_DerefPhys(table[i] & PADDR_MASK);
 912                 table[i] = 0;
 913         }
 914 }
 915
 916 void MM_ClearUser(void)
 917 {
 918         MM_int_ClearTableLevel(0, 39, 256);
 919 }
 920
 921 tVAddr MM_NewWorkerStack(void *StackData, size_t StackSize)
 922 {
 923         tVAddr  ret;
 924          int    i;
 925
 926         // #1 Set temp fractal to PID0
 927         Mutex_Acquire(&glMM_TempFractalLock);
 928         TMPCR3() = ((tPAddr)gInitialPML4 - KERNEL_BASE) | 3;
 929
 930         // #2 Scan for a free stack addresss < 2^47
 931         for(ret = 0x100000; ret < (1ULL << 47); ret += KERNEL_STACK_SIZE)
 932         {
 933                 tPAddr  *ptr;
 934                 if( MM_GetPageEntryPtr(ret, 1, 0, 0, &ptr) <= 0 )       break;
 935                 if( !(*ptr & 1) )       break;
 936         }
 937         if( ret >= (1ULL << 47) ) {
 938                 Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
 939                 return 0;
 940         }
 941
 942         // #3 Map all save the last page in the range
 943         //    - This acts as as guard page, and doesn't cost us anything.
 944         for( i = 0; i < KERNEL_STACK_SIZE/0x1000 - 1; i ++ )
 945         {
 946                 tPAddr  phys = MM_AllocPhys();
 947                 if(!phys) {
 948                         // TODO: Clean up
 949                         Log_Error("MM", "MM_NewWorkerStack - Unable to allocate page");
 950                         return 0;
 951                 }
 952                 MM_MapEx(ret + i*0x1000, phys, 1, 0);
 953         }
 954
 955         if( StackSize > 0x1000 ) {
 956                 Log_Error("MM", "MM_NewWorkerStack: StackSize(0x%x) > 0x1000, cbf handling", StackSize);
 957         }
 958         else {
 959                 tPAddr  *ptr, paddr;
 960                 tVAddr  tmp_addr;
 961                 MM_GetPageEntryPtr(ret + i*0x1000, 1, 0, 0, &ptr);
 962                 paddr = *ptr & ~0xFFF;
 963                 tmp_addr = MM_MapTemp(paddr);
 964                 memcpy( (void*)(tmp_addr + (0x1000 - StackSize)), StackData, StackSize );
 965                 MM_FreeTemp(tmp_addr);
 966         }
 967
 968         Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
 969
 970         return ret + i*0x1000;
 971 }
 972
 973 /**
 974  * \brief Allocate a new kernel stack
 975  */
 976 tVAddr MM_NewKStack(void)
 977 {
 978         tVAddr  base = MM_KSTACK_BASE;
 979         Uint    i;
 980         for( ; base < MM_KSTACK_TOP; base += KERNEL_STACK_SIZE )
 981         {
 982                 if(MM_GetPhysAddr(base+KERNEL_STACK_SIZE-0x1000) != 0)
 983                         continue;
 984
 985                 //Log("MM_NewKStack: Found one at %p", base + KERNEL_STACK_SIZE);
 986                 for( i = 0x1000; i < KERNEL_STACK_SIZE; i += 0x1000)
 987                 {
 988                         if( !MM_Allocate(base+i) )
 989                         {
 990                                 Log_Warning("MM", "MM_NewKStack - Allocation failed");
 991                                 for( i -= 0x1000; i; i -= 0x1000)
 992                                         MM_Deallocate(base+i);
 993                                 return 0;
 994                         }
 995                 }
 996
 997                 return base + KERNEL_STACK_SIZE;
 998         }
 999         Log_Warning("MM", "MM_NewKStack - No address space left\n");
1000         return 0;
1001 }