KernelLand/Kernel/arch/x86/mm_phys.c

   1 /*
   2  * Acess2
   3  * - Physical memory manager
   4  */
   5 #define DEBUG   0
   6 #include <acess.h>
   7 #include <mm_virt.h>
   8 #include <pmemmap.h>
   9 #include <hal_proc.h>
  10
  11 //#define USE_STACK     1
  12 #define TRACE_ALLOCS    0       // Print trace messages on AllocPhys/DerefPhys
  13
  14 static const int addrClasses[] = {0,16,20,24,32,64};
  15 static const int numAddrClasses = sizeof(addrClasses)/sizeof(addrClasses[0]);
  16
  17 // === IMPORTS ===
  18 extern void     Proc_PrintBacktrace(void);
  19
  20 // === PROTOTYPES ===
  21 void    MM_Install(int NPMemRanges, tPMemMapEnt *PMemRanges);
  22 //tPAddr        MM_AllocPhys(void);
  23 //tPAddr        MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits);
  24 //void  MM_RefPhys(tPAddr PAddr);
  25 //void  MM_DerefPhys(tPAddr PAddr);
  26 // int  MM_GetRefCount(tPAddr PAddr);
  27
  28 // === GLOBALS ===
  29 tMutex  glPhysAlloc;
  30 Uint64  giPhysAlloc = 0;        // Number of allocated pages
  31 Uint64  giPageCount = 0;        // Total number of pages
  32 Uint64  giLastPossibleFree = 0; // Last possible free page (before all pages are used)
  33 Uint64  giTotalMemorySize = 0;  // Total number of allocatable pages
  34
  35 Uint32  gaSuperBitmap[1024];    // Blocks of 1024 Pages
  36 Uint32  gaPageBitmap[1024*1024/32];     // Individual pages
  37  int    *gaPageReferences;
  38 void    **gaPageNodes = (void*)MM_PAGENODE_BASE;
  39 #define REFENT_PER_PAGE (0x1000/sizeof(gaPageReferences[0]))
  40
  41 // === CODE ===
  42 void MM_Install(int NPMemRanges, tPMemMapEnt *PMemRanges)
  43 {
  44         Uint    i;
  45         Uint64  maxAddr = 0;
  46
  47         // --- Find largest address
  48         for( i = 0; i < NPMemRanges; i ++ )
  49         {
  50                 tPMemMapEnt     *ent = &PMemRanges[i];
  51                 // If entry is RAM and is above `maxAddr`, change `maxAddr`
  52                 if(ent->Type == PMEMTYPE_FREE || ent->Type == PMEMTYPE_USED)
  53                 {
  54                         if(ent->Start + ent->Length > maxAddr)
  55                                 maxAddr = ent->Start + ent->Length;
  56                         giTotalMemorySize += ent->Length >> 12;
  57                 }
  58         }
  59
  60         giPageCount = maxAddr >> 12;
  61         giLastPossibleFree = giPageCount - 1;
  62
  63         memsetd(gaPageBitmap, 0xFFFFFFFF, giPageCount/32);
  64
  65         // Set up allocateable space
  66         for( i = 0; i < NPMemRanges; i ++ )
  67         {
  68                 tPMemMapEnt *ent = &PMemRanges[i];
  69                 if( ent->Type == PMEMTYPE_FREE )
  70                 {
  71                         Uint64  startpg = ent->Start / PAGE_SIZE;
  72                         Uint64  pgcount = ent->Length / PAGE_SIZE;
  73                         while( startpg % 32 && pgcount ) {
  74                                 gaPageBitmap[startpg/32] &= ~(1U << (startpg%32));
  75                                 startpg ++;
  76                                 pgcount --;
  77                         }
  78                         memsetd( &gaPageBitmap[startpg/32], 0, pgcount/32 );
  79                         startpg += pgcount - pgcount%32;
  80                         pgcount -= pgcount - pgcount%32;
  81                         while(pgcount) {
  82                                 gaPageBitmap[startpg/32] &= ~(1U << (startpg%32));
  83                                 startpg ++;
  84                                 pgcount --;
  85                         }
  86                 }
  87                 else if( ent->Type == PMEMTYPE_USED )
  88                 {
  89                         giPhysAlloc += ent->Length / PAGE_SIZE;
  90                 }
  91         }
  92
  93         // Fill Superpage bitmap
  94         // - A set bit means that there are no free pages in this block of 32
  95         for( i = 0; i < (giPageCount+31)/32; i ++ )
  96         {
  97                 if( gaPageBitmap[i] + 1 == 0 ) {
  98                         gaSuperBitmap[i/32] |= (1 << i%32);
  99                 }
 100         }
 101
 102         gaPageReferences = (void*)MM_REFCOUNT_BASE;
 103
 104         Log_Debug("PMem", "maxAddr = %P", maxAddr);
 105         Log_Log("PMem", "Physical memory set up (%lli pages of ~%lli MiB used)",
 106                 giPhysAlloc, (giTotalMemorySize*PAGE_SIZE)/(1024*1024)
 107                 );
 108 }
 109
 110 void MM_DumpStatistics(void)
 111 {
 112          int    i, pg;
 113         for( i = 1; i < numAddrClasses; i ++ )
 114         {
 115                  int    first = (i == 1 ? 0 : (1UL << (addrClasses[i-1] - 12)));
 116                  int    last  = (1UL << (addrClasses[i] - 12)) - 1;
 117                  int    nFree = 0;
 118                  int    nMultiRef = 0;
 119                  int    totalRefs = 0;
 120
 121                 if( last > giPageCount )
 122                         last = giPageCount;
 123
 124                  int    total = last - first + 1;
 125
 126                 for( pg = first; pg < last; pg ++ )
 127                 {
 128                         if( !MM_GetPhysAddr(&gaPageReferences[pg]) || gaPageReferences[pg] == 0 ) {
 129                                 nFree ++;
 130                                 continue ;
 131                         }
 132                         totalRefs += gaPageReferences[pg];
 133                         if(gaPageReferences[pg] > 1)
 134                                 nMultiRef ++;
 135                 }
 136
 137                  int    nUsed = (total - nFree);
 138                 Log_Log("MMPhys", "%ipbit - %i/%i used, %i reused, %i average reference count",
 139                         addrClasses[i], nUsed, total, nMultiRef,
 140                         nMultiRef ? (totalRefs-(nUsed - nMultiRef)) / nMultiRef : 0
 141                         );
 142
 143                 if( last == giPageCount )
 144                         break;
 145         }
 146         Log_Log("MMPhys", "%lli/%lli total pages used, 0 - %i possible free range",
 147                 giPhysAlloc, giTotalMemorySize, giLastPossibleFree);
 148 }
 149
 150 /**
 151  * \fn tPAddr MM_AllocPhys(void)
 152  * \brief Allocates a physical page from the general pool
 153  */
 154 tPAddr MM_AllocPhys(void)
 155 {
 156          int    indx = -1;
 157         tPAddr  ret;
 158
 159         ENTER("");
 160
 161         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 162
 163         // Classful scan
 164         {
 165          int    i;
 166          int    first, last;
 167         for( i = numAddrClasses; i -- > 1; )
 168         {
 169                 first = 1UL << (addrClasses[i-1] - 12);
 170                 last = (1UL << (addrClasses[i] - 12)) - 1;
 171                 // Range is above the last free page
 172                 if( first > giLastPossibleFree )
 173                         continue;
 174                 // Last possible free page is in the range
 175                 if( last > giLastPossibleFree )
 176                         last = giLastPossibleFree;
 177
 178                 // Scan the range
 179                 for( indx = first; indx < last; )
 180                 {
 181                         if( gaSuperBitmap[indx>>10] == -1 ) {
 182                                 indx += 1024;
 183                                 continue;
 184                         }
 185
 186                         if( gaPageBitmap[indx>>5] == -1 ) {
 187                                 indx += 32;
 188                                 continue;
 189                         }
 190
 191                         if( gaPageBitmap[indx>>5] & (1 << (indx&31)) ) {
 192                                 indx ++;
 193                                 continue;
 194                         }
 195                         break;
 196                 }
 197                 if( indx < last )       break;
 198
 199                 giLastPossibleFree = first;     // Well, we couldn't find any in this range
 200         }
 201         // Out of memory?
 202         if( i <= 1 )    indx = -1;
 203         }
 204
 205         if( indx < 0 ) {
 206                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 207                 Warning("MM_AllocPhys - OUT OF MEMORY (Called by %p) - %lli/%lli used (indx = %x)",
 208                         __builtin_return_address(0), giPhysAlloc, giPageCount, indx);
 209                 Log_Debug("PMem", "giLastPossibleFree = %lli", giLastPossibleFree);
 210                 LEAVE('i', 0);
 211                 return 0;
 212         }
 213
 214         if( indx > 0xFFFFF ) {
 215                 Panic("The fuck? Too many pages! (indx = 0x%x)", indx);
 216         }
 217
 218         if( indx >= giPageCount ) {
 219                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 220                 Log_Error("PMem", "MM_AllocPhys - indx(%i) > giPageCount(%i)", indx, giPageCount);
 221                 LEAVE('i', 0);
 222                 return 0;
 223         }
 224
 225         // Mark page used
 226         if( MM_GetPhysAddr( &gaPageReferences[indx] ) )
 227                 gaPageReferences[indx] = 1;
 228         gaPageBitmap[ indx>>5 ] |= 1 << (indx&31);
 229
 230         giPhysAlloc ++;
 231
 232         // Get address
 233         ret = indx << 12;
 234
 235         // Mark used block
 236         if(gaPageBitmap[ indx>>5 ] == -1) {
 237                 gaSuperBitmap[indx>>10] |= 1 << ((indx>>5)&31);
 238         }
 239
 240         // Release Spinlock
 241         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 242         LEAVE('X', ret);
 243
 244         #if TRACE_ALLOCS
 245         if( now() > 4000 ) {
 246         Log_Debug("PMem", "MM_AllocPhys: RETURN %P (%i free)", ret, giPageCount-giPhysAlloc);
 247         Proc_PrintBacktrace();
 248         }
 249         #endif
 250         return ret;
 251 }
 252
 253 /**
 254  * \fn tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 255  * \brief Allocate a range of physical pages
 256  * \param Pages Number of pages to allocate
 257  * \param MaxBits       Maximum number of address bits to use
 258  */
 259 tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 260 {
 261          int    i, idx, sidx;
 262         tPAddr  ret;
 263
 264         ENTER("iPages iMaxBits", Pages, MaxBits);
 265
 266         // Sanity Checks
 267         if(MaxBits < 0) {
 268                 LEAVE('i', 0);
 269                 return 0;
 270         }
 271         if(MaxBits > PHYS_BITS) MaxBits = PHYS_BITS;
 272
 273         // Lock
 274         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 275
 276         // Set up search state
 277         if( giLastPossibleFree > ((tPAddr)1 << (MaxBits-12)) ) {
 278                 sidx = (tPAddr)1 << (MaxBits-12);
 279         }
 280         else {
 281                 sidx = giLastPossibleFree;
 282         }
 283         idx = sidx / 32;
 284         sidx %= 32;
 285
 286         // Check if the gap is large enough
 287         while( idx >= 0 )
 288         {
 289                 // Find a free page
 290                 for( ; ; )
 291                 {
 292                         // Bulk Skip
 293                         if( gaPageBitmap[idx] == -1 ) {
 294                                 idx --;
 295                                 sidx = 31;
 296                                 continue;
 297                         }
 298
 299                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) ) {
 300                                 sidx --;
 301                                 if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 302                                 if(idx < 0)     break;
 303                                 continue;
 304                         }
 305                         break;
 306                 }
 307                 if( idx < 0 )   break;
 308
 309                 // Check if it is a free range
 310                 for( i = 0; i < Pages; i++ )
 311                 {
 312                         // Used page? break
 313                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) )
 314                                 break;
 315
 316                         sidx --;
 317                         if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 318                         if(idx < 0)     break;
 319                 }
 320
 321                 if( i == Pages )
 322                         break;
 323         }
 324
 325         // Check if an address was found
 326         if( idx < 0 ) {
 327                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 328                 Warning("MM_AllocPhysRange - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 329                 LEAVE('i', 0);
 330                 return 0;
 331         }
 332
 333         // Mark pages used
 334         for( i = 0; i < Pages; i++ )
 335         {
 336                 if( MM_GetPhysAddr( &gaPageReferences[idx*32+sidx] ) )
 337                         gaPageReferences[idx*32+sidx] = 1;
 338                 gaPageBitmap[ idx ] |= 1 << sidx;
 339                 sidx ++;
 340                 giPhysAlloc ++;
 341                 if(sidx == 32) { sidx = 0;      idx ++; }
 342         }
 343
 344         // Get address
 345         ret = (idx << 17) | (sidx << 12);
 346
 347         // Mark used block
 348         if(gaPageBitmap[ idx ] == -1)   gaSuperBitmap[idx/32] |= 1 << (idx%32);
 349
 350         // Release Spinlock
 351         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 352
 353         LEAVE('X', ret);
 354         #if TRACE_ALLOCS
 355         Log_Debug("PMem", "MM_AllocPhysRange: RETURN 0x%llx-0x%llx (%i free)",
 356                 ret, ret + (1<<Pages)-1, giPageCount-giPhysAlloc);
 357         #endif
 358         return ret;
 359 }
 360
 361 /**
 362  * \fn void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 363  */
 364 void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 365 {
 366         // Get page number
 367         PAddr >>= 12;
 368
 369         // We don't care about non-ram pages
 370         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 371
 372         // Lock Structures
 373         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 374
 375         // Reference the page
 376         if( gaPageReferences )
 377         {
 378                 if( MM_GetPhysAddr( &gaPageReferences[PAddr] ) == 0 )
 379                 {
 380                          int    i, base;
 381                         tVAddr  addr = ((tVAddr)&gaPageReferences[PAddr]) & ~0xFFF;
 382 //                      Log_Debug("PMem", "MM_RefPhys: Allocating info for %X", PAddr);
 383                         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 384                         if( MM_Allocate( addr ) == 0 ) {
 385                                 Log_KernelPanic("PMem",
 386                                         "MM_RefPhys: Out of physical memory allocating info for %X",
 387                                         PAddr*PAGE_SIZE
 388                                         );
 389                         }
 390                         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 391
 392                         base = PAddr & ~(1024-1);
 393                         for( i = 0; i < 1024; i ++ ) {
 394                                 gaPageReferences[base + i] = (gaPageBitmap[(base+i)/32] & (1 << (base+i)%32)) ? 1 : 0;
 395                         }
 396                 }
 397                 gaPageReferences[ PAddr ] ++;
 398         }
 399
 400         // If not already used
 401         if( !(gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] & 1 << (PAddr&31)) ) {
 402                 giPhysAlloc ++;
 403                 // Mark as used
 404                 gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] |= 1 << (PAddr&31);
 405         }
 406
 407         // Mark used block
 408         if(gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] == -1)
 409                 gaSuperBitmap[PAddr/1024] |= 1 << ((PAddr/32)&31);
 410
 411         // Release Spinlock
 412         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 413 }
 414
 415 /**
 416  * \fn void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 417  * \brief Dereferences a physical page
 418  */
 419 void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 420 {
 421         // Get page number
 422         PAddr >>= 12;
 423
 424         // We don't care about non-ram pages
 425         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 426
 427         // Check if it is freed
 428         if( !(gaPageBitmap[PAddr / 32] & (1 << PAddr%32)) ) {
 429                 Log_Warning("MMVirt", "MM_DerefPhys - Non-referenced memory dereferenced");
 430                 return;
 431         }
 432
 433         // Lock Structures
 434         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 435
 436         if( giLastPossibleFree < PAddr )
 437                 giLastPossibleFree = PAddr;
 438
 439         // Dereference
 440         if( !MM_GetPhysAddr( &gaPageReferences[PAddr] ) || (-- gaPageReferences[PAddr]) == 0 )
 441         {
 442                 #if TRACE_ALLOCS
 443                 Log_Debug("PMem", "MM_DerefPhys: Free'd %P (%i free)", PAddr<<12, giPageCount-giPhysAlloc);
 444                 Proc_PrintBacktrace();
 445                 #endif
 446                 //LOG("Freed 0x%x by %p\n", PAddr<<12, __builtin_return_address(0));
 447                 giPhysAlloc --;
 448                 gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] &= ~(1 << (PAddr&31));
 449                 if(gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] == 0)
 450                         gaSuperBitmap[ PAddr >> 10 ] &= ~(1 << ((PAddr >> 5)&31));
 451
 452                 if( MM_GetPhysAddr( &gaPageNodes[PAddr] ) )
 453                 {
 454                         gaPageNodes[PAddr] = NULL;
 455                         // TODO: Free Node Page when fully unused
 456                 }
 457         }
 458
 459         // Release spinlock
 460         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 461 }
 462
 463 /**
 464  * \fn int MM_GetRefCount(tPAddr Addr)
 465  */
 466 int MM_GetRefCount(tPAddr PAddr)
 467 {
 468         // Get page number
 469         PAddr >>= 12;
 470
 471         // We don't care about non-ram pages
 472         if(PAddr >= giPageCount)        return -1;
 473
 474         if( MM_GetPhysAddr( &gaPageReferences[PAddr] ) == 0 )
 475                 return (gaPageBitmap[PAddr / 32] & (1 << PAddr%32)) ? 1 : 0;
 476
 477         // Check if it is freed
 478         return gaPageReferences[ PAddr ];
 479 }
 480
 481 int MM_SetPageNode(tPAddr PAddr, void *Node)
 482 {
 483         tVAddr  block_addr;
 484
 485         if( MM_GetRefCount(PAddr) == 0 )        return 1;
 486
 487         PAddr /= PAGE_SIZE;
 488
 489         block_addr = (tVAddr) &gaPageNodes[PAddr];
 490         block_addr &= ~(PAGE_SIZE-1);
 491
 492         if( !MM_GetPhysAddr( (void*)block_addr ) )
 493         {
 494                 if( !MM_Allocate( block_addr ) ) {
 495                         Log_Warning("PMem", "Unable to allocate Node page");
 496                         return -1;
 497                 }
 498                 memset( (void*)block_addr, 0, PAGE_SIZE );
 499         }
 500
 501         gaPageNodes[PAddr] = Node;
 502 //      Log("gaPageNodes[0x%x] = %p", PAddr, Node);
 503         return 0;
 504 }
 505
 506 int MM_GetPageNode(tPAddr PAddr, void **Node)
 507 {
 508         if( MM_GetRefCount(PAddr) == 0 )        return 1;
 509
 510         PAddr /= PAGE_SIZE;
 511         if( !MM_GetPhysAddr( &gaPageNodes[PAddr] ) ) {
 512                 *Node = NULL;
 513                 return 0;
 514         }
 515         *Node = gaPageNodes[PAddr];
 516         return 0;
 517 }
 518