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_Log("PMem", "Physical memory set up (%lli pages of ~%lli MiB used)",
 105                 giPhysAlloc, (giTotalMemorySize*PAGE_SIZE)/(1024*1024)
 106                 );
 107 }
 108
 109 void MM_DumpStatistics(void)
 110 {
 111          int    i, pg;
 112         for( i = 1; i < numAddrClasses; i ++ )
 113         {
 114                  int    first = (i == 1 ? 0 : (1UL << (addrClasses[i-1] - 12)));
 115                  int    last  = (1UL << (addrClasses[i] - 12)) - 1;
 116                  int    nFree = 0;
 117                  int    nMultiRef = 0;
 118                  int    totalRefs = 0;
 119
 120                 if( last > giPageCount )
 121                         last = giPageCount;
 122
 123                  int    total = last - first + 1;
 124
 125                 for( pg = first; pg < last; pg ++ )
 126                 {
 127                         if( !MM_GetPhysAddr(&gaPageReferences[pg]) || gaPageReferences[pg] == 0 ) {
 128                                 nFree ++;
 129                                 continue ;
 130                         }
 131                         totalRefs += gaPageReferences[pg];
 132                         if(gaPageReferences[pg] > 1)
 133                                 nMultiRef ++;
 134                 }
 135
 136                  int    nUsed = (total - nFree);
 137                 Log_Log("MMPhys", "%ipbit - %i/%i used, %i reused, %i average reference count",
 138                         addrClasses[i], nUsed, total, nMultiRef,
 139                         nMultiRef ? (totalRefs-(nUsed - nMultiRef)) / nMultiRef : 0
 140                         );
 141
 142                 if( last == giPageCount )
 143                         break;
 144         }
 145         Log_Log("MMPhys", "%lli/%lli total pages used, 0 - %i possible free range",
 146                 giPhysAlloc, giTotalMemorySize, giLastPossibleFree);
 147 }
 148
 149 /**
 150  * \fn tPAddr MM_AllocPhys(void)
 151  * \brief Allocates a physical page from the general pool
 152  */
 153 tPAddr MM_AllocPhys(void)
 154 {
 155          int    indx = -1;
 156         tPAddr  ret;
 157
 158         ENTER("");
 159
 160         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 161
 162         // Classful scan
 163         {
 164          int    i;
 165          int    first, last;
 166         for( i = numAddrClasses; i -- > 1; )
 167         {
 168                 first = 1UL << (addrClasses[i-1] - 12);
 169                 last = (1UL << (addrClasses[i] - 12)) - 1;
 170                 // Range is above the last free page
 171                 if( first > giLastPossibleFree )
 172                         continue;
 173                 // Last possible free page is in the range
 174                 if( last > giLastPossibleFree )
 175                         last = giLastPossibleFree;
 176
 177                 // Scan the range
 178                 for( indx = first; indx < last; )
 179                 {
 180                         if( gaSuperBitmap[indx>>10] == -1 ) {
 181                                 indx += 1024;
 182                                 continue;
 183                         }
 184
 185                         if( gaPageBitmap[indx>>5] == -1 ) {
 186                                 indx += 32;
 187                                 continue;
 188                         }
 189
 190                         if( gaPageBitmap[indx>>5] & (1 << (indx&31)) ) {
 191                                 indx ++;
 192                                 continue;
 193                         }
 194                         break;
 195                 }
 196                 if( indx < last )       break;
 197
 198                 giLastPossibleFree = first;     // Well, we couldn't find any in this range
 199         }
 200         // Out of memory?
 201         if( i <= 1 )    indx = -1;
 202         }
 203
 204         if( indx < 0 ) {
 205                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 206                 Warning("MM_AllocPhys - OUT OF MEMORY (Called by %p) - %lli/%lli used (indx = %x)",
 207                         __builtin_return_address(0), giPhysAlloc, giPageCount, indx);
 208                 Log_Debug("PMem", "giLastPossibleFree = %lli", giLastPossibleFree);
 209                 LEAVE('i', 0);
 210                 return 0;
 211         }
 212
 213         if( indx > 0xFFFFF ) {
 214                 Panic("The fuck? Too many pages! (indx = 0x%x)", indx);
 215         }
 216
 217         if( indx >= giPageCount ) {
 218                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 219                 Log_Error("PMem", "MM_AllocPhys - indx(%i) > giPageCount(%i)", indx, giPageCount);
 220                 LEAVE('i', 0);
 221                 return 0;
 222         }
 223
 224         // Mark page used
 225         if( MM_GetPhysAddr( &gaPageReferences[indx] ) )
 226                 gaPageReferences[indx] = 1;
 227         gaPageBitmap[ indx>>5 ] |= 1 << (indx&31);
 228
 229         giPhysAlloc ++;
 230
 231         // Get address
 232         ret = indx << 12;
 233
 234         // Mark used block
 235         if(gaPageBitmap[ indx>>5 ] == -1) {
 236                 gaSuperBitmap[indx>>10] |= 1 << ((indx>>5)&31);
 237         }
 238
 239         // Release Spinlock
 240         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 241
 242         LEAVE('X', ret);
 243         #if TRACE_ALLOCS
 244         if( now() > 4000 ) {
 245         Log_Debug("PMem", "MM_AllocPhys: RETURN %P (%i free)", ret, giPageCount-giPhysAlloc);
 246         Proc_PrintBacktrace();
 247         }
 248         #endif
 249         return ret;
 250 }
 251
 252 /**
 253  * \fn tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 254  * \brief Allocate a range of physical pages
 255  * \param Pages Number of pages to allocate
 256  * \param MaxBits       Maximum number of address bits to use
 257  */
 258 tPAddr MM_AllocPhysRange(int Pages, int MaxBits)
 259 {
 260          int    i, idx, sidx;
 261         tPAddr  ret;
 262
 263         ENTER("iPages iMaxBits", Pages, MaxBits);
 264
 265         // Sanity Checks
 266         if(MaxBits < 0) {
 267                 LEAVE('i', 0);
 268                 return 0;
 269         }
 270         if(MaxBits > PHYS_BITS) MaxBits = PHYS_BITS;
 271
 272         // Lock
 273         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 274
 275         // Set up search state
 276         if( giLastPossibleFree > ((tPAddr)1 << (MaxBits-12)) ) {
 277                 sidx = (tPAddr)1 << (MaxBits-12);
 278         }
 279         else {
 280                 sidx = giLastPossibleFree;
 281         }
 282         idx = sidx / 32;
 283         sidx %= 32;
 284
 285         // Check if the gap is large enough
 286         while( idx >= 0 )
 287         {
 288                 // Find a free page
 289                 for( ; ; )
 290                 {
 291                         // Bulk Skip
 292                         if( gaPageBitmap[idx] == -1 ) {
 293                                 idx --;
 294                                 sidx = 31;
 295                                 continue;
 296                         }
 297
 298                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) ) {
 299                                 sidx --;
 300                                 if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 301                                 if(idx < 0)     break;
 302                                 continue;
 303                         }
 304                         break;
 305                 }
 306                 if( idx < 0 )   break;
 307
 308                 // Check if it is a free range
 309                 for( i = 0; i < Pages; i++ )
 310                 {
 311                         // Used page? break
 312                         if( gaPageBitmap[idx] & (1 << sidx) )
 313                                 break;
 314
 315                         sidx --;
 316                         if(sidx < 0) {  sidx = 31;      idx --; }
 317                         if(idx < 0)     break;
 318                 }
 319
 320                 if( i == Pages )
 321                         break;
 322         }
 323
 324         // Check if an address was found
 325         if( idx < 0 ) {
 326                 Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 327                 Warning("MM_AllocPhysRange - OUT OF MEMORY (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 328                 LEAVE('i', 0);
 329                 return 0;
 330         }
 331
 332         // Mark pages used
 333         for( i = 0; i < Pages; i++ )
 334         {
 335                 if( MM_GetPhysAddr( &gaPageReferences[idx*32+sidx] ) )
 336                         gaPageReferences[idx*32+sidx] = 1;
 337                 gaPageBitmap[ idx ] |= 1 << sidx;
 338                 sidx ++;
 339                 giPhysAlloc ++;
 340                 if(sidx == 32) { sidx = 0;      idx ++; }
 341         }
 342
 343         // Get address
 344         ret = (idx << 17) | (sidx << 12);
 345
 346         // Mark used block
 347         if(gaPageBitmap[ idx ] == -1)   gaSuperBitmap[idx/32] |= 1 << (idx%32);
 348
 349         // Release Spinlock
 350         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 351
 352         LEAVE('X', ret);
 353         #if TRACE_ALLOCS
 354         Log_Debug("PMem", "MM_AllocPhysRange: RETURN 0x%llx-0x%llx (%i free)",
 355                 ret, ret + (1<<Pages)-1, giPageCount-giPhysAlloc);
 356         #endif
 357         return ret;
 358 }
 359
 360 /**
 361  * \fn void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 362  */
 363 void MM_RefPhys(tPAddr PAddr)
 364 {
 365         // Get page number
 366         PAddr >>= 12;
 367
 368         // We don't care about non-ram pages
 369         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 370
 371         // Lock Structures
 372         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 373
 374         // Reference the page
 375         if( gaPageReferences )
 376         {
 377                 if( MM_GetPhysAddr( &gaPageReferences[PAddr] ) == 0 )
 378                 {
 379                          int    i, base;
 380                         tVAddr  addr = ((tVAddr)&gaPageReferences[PAddr]) & ~0xFFF;
 381 //                      Log_Debug("PMem", "MM_RefPhys: Allocating info for %X", PAddr);
 382                         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 383                         if( MM_Allocate( addr ) == 0 ) {
 384                                 Log_KernelPanic("PMem",
 385                                         "MM_RefPhys: Out of physical memory allocating info for %X",
 386                                         PAddr*PAGE_SIZE
 387                                         );
 388                         }
 389                         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 390
 391                         base = PAddr & ~(1024-1);
 392                         for( i = 0; i < 1024; i ++ ) {
 393                                 gaPageReferences[base + i] = (gaPageBitmap[(base+i)/32] & (1 << (base+i)%32)) ? 1 : 0;
 394                         }
 395                 }
 396                 gaPageReferences[ PAddr ] ++;
 397         }
 398
 399         // If not already used
 400         if( !(gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] & 1 << (PAddr&31)) ) {
 401                 giPhysAlloc ++;
 402                 // Mark as used
 403                 gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] |= 1 << (PAddr&31);
 404         }
 405
 406         // Mark used block
 407         if(gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] == -1)
 408                 gaSuperBitmap[PAddr/1024] |= 1 << ((PAddr/32)&31);
 409
 410         // Release Spinlock
 411         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 412 }
 413
 414 /**
 415  * \fn void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 416  * \brief Dereferences a physical page
 417  */
 418 void MM_DerefPhys(tPAddr PAddr)
 419 {
 420         // Get page number
 421         PAddr >>= 12;
 422
 423         // We don't care about non-ram pages
 424         if(PAddr >= giPageCount)        return;
 425
 426         // Check if it is freed
 427         if( !(gaPageBitmap[PAddr / 32] & (1 << PAddr%32)) ) {
 428                 Log_Warning("MMVirt", "MM_DerefPhys - Non-referenced memory dereferenced");
 429                 return;
 430         }
 431
 432         // Lock Structures
 433         Mutex_Acquire( &glPhysAlloc );
 434
 435         if( giLastPossibleFree < PAddr )
 436                 giLastPossibleFree = PAddr;
 437
 438         // Dereference
 439         if( !MM_GetPhysAddr( &gaPageReferences[PAddr] ) || (-- gaPageReferences[PAddr]) == 0 )
 440         {
 441                 #if TRACE_ALLOCS
 442                 Log_Debug("PMem", "MM_DerefPhys: Free'd %P (%i free)", PAddr<<12, giPageCount-giPhysAlloc);
 443                 Proc_PrintBacktrace();
 444                 #endif
 445                 //LOG("Freed 0x%x by %p\n", PAddr<<12, __builtin_return_address(0));
 446                 giPhysAlloc --;
 447                 gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] &= ~(1 << (PAddr&31));
 448                 if(gaPageBitmap[ PAddr / 32 ] == 0)
 449                         gaSuperBitmap[ PAddr >> 10 ] &= ~(1 << ((PAddr >> 5)&31));
 450
 451                 if( MM_GetPhysAddr( &gaPageNodes[PAddr] ) )
 452                 {
 453                         gaPageNodes[PAddr] = NULL;
 454                         // TODO: Free Node Page when fully unused
 455                 }
 456         }
 457
 458         // Release spinlock
 459         Mutex_Release( &glPhysAlloc );
 460 }
 461
 462 /**
 463  * \fn int MM_GetRefCount(tPAddr Addr)
 464  */
 465 int MM_GetRefCount(tPAddr PAddr)
 466 {
 467         // Get page number
 468         PAddr >>= 12;
 469
 470         // We don't care about non-ram pages
 471         if(PAddr >= giPageCount)        return -1;
 472
 473         if( MM_GetPhysAddr( &gaPageReferences[PAddr] ) == 0 )
 474                 return (gaPageBitmap[PAddr / 32] & (1 << PAddr%32)) ? 1 : 0;
 475
 476         // Check if it is freed
 477         return gaPageReferences[ PAddr ];
 478 }
 479
 480 int MM_SetPageNode(tPAddr PAddr, void *Node)
 481 {
 482         tVAddr  block_addr;
 483
 484         if( MM_GetRefCount(PAddr) == 0 )        return 1;
 485
 486         PAddr /= PAGE_SIZE;
 487
 488         block_addr = (tVAddr) &gaPageNodes[PAddr];
 489         block_addr &= ~(PAGE_SIZE-1);
 490
 491         if( !MM_GetPhysAddr( (void*)block_addr ) )
 492         {
 493                 if( !MM_Allocate( block_addr ) ) {
 494                         Log_Warning("PMem", "Unable to allocate Node page");
 495                         return -1;
 496                 }
 497                 memset( (void*)block_addr, 0, PAGE_SIZE );
 498         }
 499
 500         gaPageNodes[PAddr] = Node;
 501 //      Log("gaPageNodes[0x%x] = %p", PAddr, Node);
 502         return 0;
 503 }
 504
 505 int MM_GetPageNode(tPAddr PAddr, void **Node)
 506 {
 507         if( MM_GetRefCount(PAddr) == 0 )        return 1;
 508
 509         PAddr /= PAGE_SIZE;
 510         if( !MM_GetPhysAddr( &gaPageNodes[PAddr] ) ) {
 511                 *Node = NULL;
 512                 return 0;
 513         }
 514         *Node = gaPageNodes[PAddr];
 515         return 0;
 516 }
 517