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