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