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
  60 // === PROTOTYPES ===
  61 void    MM_InitVirt(void);
  62 //void  MM_FinishVirtualInit(void);
  63 void    MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs);
  64 void    MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End);
  65  int    MM_GetPageEntryPtr(tVAddr Addr, BOOL bTemp, BOOL bAllocate, BOOL bLargePage, tPAddr **Pointer);
  66  int    MM_MapEx(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr, BOOL bTemp, BOOL bLarge);
  67 // int  MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr);
  68 void    MM_Unmap(tVAddr VAddr);
  69 void    MM_ClearUser(void);
  70  int    MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags);
  71
  72 // === GLOBALS ===
  73 tMutex  glMM_TempFractalLock;
  74
  75 // === CODE ===
  76 void MM_InitVirt(void)
  77 {
  78 //      MM_DumpTables(0, -1L);
  79 }
  80
  81 void MM_FinishVirtualInit(void)
  82 {
  83         PAGEMAPLVL4(0) = 0;
  84 }
  85
  86 /**
  87  * \brief Called on a page fault
  88  */
  89 void MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs)
  90 {
  91         // TODO: Implement Copy-on-Write
  92         #if 1
  93         if( PAGEMAPLVL4(Addr>>39) & PF_PRESENT
  94          && PAGEDIRPTR (Addr>>30) & PF_PRESENT
  95          && PAGEDIR    (Addr>>21) & PF_PRESENT
  96          && PAGETABLE  (Addr>>12) & PF_PRESENT
  97          && PAGETABLE  (Addr>>12) & PF_COW )
  98         {
  99                 tPAddr  paddr;
 100                 if(MM_GetRefCount( PAGETABLE(Addr>>12) & PADDR_MASK ) == 1)
 101                 {
 102                         PAGETABLE(Addr>>12) &= ~PF_COW;
 103                         PAGETABLE(Addr>>12) |= PF_PRESENT|PF_WRITE;
 104                 }
 105                 else
 106                 {
 107                         //Log("MM_PageFault: COW - MM_DuplicatePage(0x%x)", Addr);
 108                         paddr = MM_AllocPhys();
 109                         if( !paddr ) {
 110                                 Threads_SegFault(Addr);
 111                                 return ;
 112                         }
 113                         {
 114                                 void    *tmp = (void*)MM_MapTemp(paddr);
 115                                 memcpy( tmp, (void*)(Addr & ~0xFFF), 0x1000 );
 116                                 MM_FreeTemp( (tVAddr)tmp );
 117                         }
 118                         MM_DerefPhys( PAGETABLE(Addr>>12) & PADDR_MASK );
 119                         PAGETABLE(Addr>>12) &= PF_USER;
 120                         PAGETABLE(Addr>>12) |= paddr|PF_PRESENT|PF_WRITE;
 121                 }
 122
 123                 INVLPG( Addr & ~0xFFF );
 124                 return;
 125         }
 126         #endif
 127
 128         // If it was a user, tell the thread handler
 129         if(ErrorCode & 4) {
 130                 Warning("User %s %s memory%s",
 131                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 132                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 133                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 134                         );
 135                 Warning("User Pagefault: Instruction at %04x:%p accessed %p",
 136                         Regs->CS, Regs->RIP, Addr);
 137                 __asm__ __volatile__ ("sti");   // Restart IRQs
 138                 Threads_SegFault(Addr);
 139                 return ;
 140         }
 141
 142         // Kernel #PF
 143         Debug_KernelPanic();
 144         // -- Check Error Code --
 145         if(ErrorCode & 8)
 146                 Warning("Reserved Bits Trashed!");
 147         else
 148         {
 149                 Warning("Kernel %s %s memory%s",
 150                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 151                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 152                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 153                         );
 154         }
 155
 156         Log("Code at %p accessed %p", Regs->RIP, Addr);
 157         // Print Stack Backtrace
 158         Error_Backtrace(Regs->RIP, Regs->RBP);
 159
 160         MM_DumpTables(0, -1);
 161
 162         __asm__ __volatile__ ("cli");
 163         for( ;; )
 164                 HALT();
 165 }
 166
 167 /**
 168  * \brief Dumps the layout of the page tables
 169  */
 170 void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
 171 {
 172         #define CANOICAL(addr)  ((addr)&0x800000000000?(addr)|0xFFFF000000000000:(addr))
 173         const tPAddr    CHANGEABLE_BITS = ~(PF_PRESENT|PF_WRITE|PF_USER|PF_COW|PF_PAGED) & 0xFFF;
 174         const tPAddr    MASK = ~CHANGEABLE_BITS;        // Physical address and access bits
 175         tVAddr  rangeStart = 0;
 176         tPAddr  expected = CHANGEABLE_BITS;     // CHANGEABLE_BITS is used because it's not a vaild value
 177         tVAddr  curPos;
 178         Uint    page;
 179
 180         Log("Table Entries: (%p to %p)", Start, End);
 181
 182         End &= (1L << 48) - 1;
 183
 184         Start >>= 12;   End >>= 12;
 185
 186         for(page = Start, curPos = Start<<12;
 187                 page < End;
 188                 curPos += 0x1000, page++)
 189         {
 190                 if( curPos == 0x800000000000L )
 191                         curPos = 0xFFFF800000000000L;
 192
 193                 //Debug("&PAGEMAPLVL4(%i page>>27) = %p", page>>27, &PAGEMAPLVL4(page>>27));
 194                 //Debug("&PAGEDIRPTR(%i page>>18) = %p", page>>18, &PAGEDIRPTR(page>>18));
 195                 //Debug("&PAGEDIR(%i page>>9) = %p", page>>9, &PAGEDIR(page>>9));
 196                 //Debug("&PAGETABLE(%i page) = %p", page, &PAGETABLE(page));
 197
 198                 // End of a range
 199                 if(!(PAGEMAPLVL4(page>>27) & PF_PRESENT)
 200                 || !(PAGEDIRPTR(page>>18) & PF_PRESENT)
 201                 || !(PAGEDIR(page>>9) & PF_PRESENT)
 202                 || !(PAGETABLE(page) & PF_PRESENT)
 203                 || (PAGETABLE(page) & MASK) != expected)
 204                 {
 205                         if(expected != CHANGEABLE_BITS)
 206                         {
 207                                 Log("%016llx => %13llx : 0x%6llx (%c%c%c%c)",
 208                                         CANOICAL(rangeStart),
 209                                         PAGETABLE(rangeStart>>12) & PADDR_MASK,
 210                                         curPos - rangeStart,
 211                                         (expected & PF_PAGED ? 'p' : '-'),
 212                                         (expected & PF_COW ? 'C' : '-'),
 213                                         (expected & PF_USER ? 'U' : '-'),
 214                                         (expected & PF_WRITE ? 'W' : '-')
 215                                         );
 216                                 expected = CHANGEABLE_BITS;
 217                         }
 218                         if( !(PAGEMAPLVL4(page>>27) & PF_PRESENT) ) {
 219                                 page += (1 << 27) - 1;
 220                                 curPos += (1L << 39) - 0x1000;
 221                                 //Debug("pml4 ent unset (page = 0x%x now)", page);
 222                                 continue;
 223                         }
 224                         if( !(PAGEDIRPTR(page>>18) & PF_PRESENT) ) {
 225                                 page += (1 << 18) - 1;
 226                                 curPos += (1L << 30) - 0x1000;
 227                                 //Debug("pdp ent unset (page = 0x%x now)", page);
 228                                 continue;
 229                         }
 230                         if( !(PAGEDIR(page>>9) & PF_PRESENT) ) {
 231                                 page += (1 << 9) - 1;
 232                                 curPos += (1L << 21) - 0x1000;
 233                                 //Debug("pd ent unset (page = 0x%x now)", page);
 234                                 continue;
 235                         }
 236                         if( !(PAGETABLE(page) & PF_PRESENT) )   continue;
 237
 238                         expected = (PAGETABLE(page) & MASK);
 239                         rangeStart = curPos;
 240                 }
 241                 if(expected != CHANGEABLE_BITS)
 242                         expected += 0x1000;
 243         }
 244
 245         if(expected != CHANGEABLE_BITS) {
 246                 Log("%016llx => %13llx : 0x%6llx (%c%c%c%c)",
 247                         CANOICAL(rangeStart),
 248                         PAGETABLE(rangeStart>>12) & PADDR_MASK,
 249                         curPos - rangeStart,
 250                         (expected & PF_PAGED ? 'p' : '-'),
 251                         (expected & PF_COW ? 'C' : '-'),
 252                         (expected & PF_USER ? 'U' : '-'),
 253                         (expected & PF_WRITE ? 'W' : '-')
 254                         );
 255                 expected = 0;
 256         }
 257         #undef CANOICAL
 258 }
 259
 260 /**
 261  * \brief Get a pointer to a page entry
 262  * \param Addr  Virtual Address
 263  * \param bTemp Use the Temporary fractal mapping
 264  * \param bAllocate     Allocate entries
 265  * \param bLargePage    Request a large page
 266  * \param Pointer       Location to place the calculated pointer
 267  * \return Page size, or -ve on error
 268  */
 269 int MM_GetPageEntryPtr(tVAddr Addr, BOOL bTemp, BOOL bAllocate, BOOL bLargePage, tPAddr **Pointer)
 270 {
 271         tPAddr  *pmlevels[4];
 272         tPAddr  tmp;
 273         const int       ADDR_SIZES[] = {39, 30, 21, 12};
 274         const int       nADDR_SIZES = sizeof(ADDR_SIZES)/sizeof(ADDR_SIZES[0]);
 275          int    i;
 276
 277         #define BITMASK(bits)   ( (1LL << (bits))-1 )
 278
 279         if( bTemp )
 280         {
 281                 pmlevels[3] = &TMPTABLE(0);     // Page Table
 282                 pmlevels[2] = &TMPDIR(0);       // PDIR
 283                 pmlevels[1] = &TMPDIRPTR(0);    // PDPT
 284                 pmlevels[0] = &TMPMAPLVL4(0);   // PML4
 285         }
 286         else
 287         {
 288                 pmlevels[3] = (void*)MM_FRACTAL_BASE;   // Page Table
 289                 pmlevels[2] = &pmlevels[3][(MM_FRACTAL_BASE>>12)&BITMASK(VIRT_BITS-12)];        // PDIR
 290                 pmlevels[1] = &pmlevels[2][(MM_FRACTAL_BASE>>21)&BITMASK(VIRT_BITS-21)];        // PDPT
 291                 pmlevels[0] = &pmlevels[1][(MM_FRACTAL_BASE>>30)&BITMASK(VIRT_BITS-30)];        // PML4
 292         }
 293
 294         // Mask address
 295         Addr &= (1ULL << 48)-1;
 296
 297         for( i = 0; i < nADDR_SIZES-1; i ++ )
 298         {
 299 //              INVLPG( &pmlevels[i][ (Addr >> ADDR_SIZES[i]) &
 300
 301                 // Check for a large page
 302                 if( (Addr & ((1ULL << ADDR_SIZES[i])-1)) == 0 && bLargePage )
 303                 {
 304                         if(Pointer)     *Pointer = &pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]];
 305                         return ADDR_SIZES[i];
 306                 }
 307                 // Allocate an entry if required
 308                 if( !(pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]] & 1) )
 309                 {
 310                         if( !bAllocate )        return -4;      // If allocation is not requested, error
 311                         if( !(tmp = MM_AllocPhys()) )   return -2;
 312                         pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]] = tmp | 3;
 313                         if( Addr < 0x800000000000 )
 314                                 pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]] |= PF_USER;
 315                         INVLPG( &pmlevels[i+1][ (Addr>>ADDR_SIZES[i])*512 ] );
 316                         memset( &pmlevels[i+1][ (Addr>>ADDR_SIZES[i])*512 ], 0, 0x1000 );
 317                         LOG("Init PML%i ent 0x%x %p with %P", 4 - i,
 318                                 Addr>>ADDR_SIZES[i],
 319                                 (Addr>>ADDR_SIZES[i])<<ADDR_SIZES[i], tmp);
 320                 }
 321                 // Catch large pages
 322                 else if( pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]] & PF_LARGE )
 323                 {
 324                         // Alignment
 325                         if( (Addr & ((1ULL << ADDR_SIZES[i])-1)) != 0 ) return -3;
 326                         if(Pointer)     *Pointer = &pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]];
 327                         return ADDR_SIZES[i];   // Large page warning
 328                 }
 329         }
 330
 331         // And, set the page table entry
 332         if(Pointer)     *Pointer = &pmlevels[i][Addr >> ADDR_SIZES[i]];
 333         return ADDR_SIZES[i];
 334 }
 335
 336 /**
 337  * \brief Map a physical page to a virtual one
 338  * \param VAddr Target virtual address
 339  * \param PAddr Physical address of page
 340  * \param bTemp Use tempoary mappings
 341  * \param bLarge        Treat as a large page
 342  */
 343 int MM_MapEx(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr, BOOL bTemp, BOOL bLarge)
 344 {
 345         tPAddr  *ent;
 346          int    rv;
 347
 348         ENTER("xVAddr xPAddr", VAddr, PAddr);
 349
 350         // Get page pointer (Allow allocating)
 351         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, bTemp, 1, bLarge, &ent);
 352         if(rv < 0)      LEAVE_RET('i', 0);
 353
 354         if( *ent & 1 )  LEAVE_RET('i', 0);
 355
 356         *ent = PAddr | 3;
 357
 358         if( VAddr < 0x800000000000 )
 359                 *ent |= PF_USER;
 360
 361         INVLPG( VAddr );
 362
 363         LEAVE('i', 1);
 364         return 1;
 365 }
 366
 367 /**
 368  * \brief Map a physical page to a virtual one
 369  * \param VAddr Target virtual address
 370  * \param PAddr Physical address of page
 371  */
 372 int MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr)
 373 {
 374         return MM_MapEx(VAddr, PAddr, 0, 0);
 375 }
 376
 377 /**
 378  * \brief Removed a mapped page
 379  */
 380 void MM_Unmap(tVAddr VAddr)
 381 {
 382         // Check PML4
 383         if( !(PAGEMAPLVL4(VAddr >> 39) & 1) )   return ;
 384         // Check PDP
 385         if( !(PAGEDIRPTR(VAddr >> 30) & 1) )    return ;
 386         // Check Page Dir
 387         if( !(PAGEDIR(VAddr >> 21) & 1) )       return ;
 388
 389         PAGETABLE(VAddr >> PTAB_SHIFT) = 0;
 390         INVLPG( VAddr );
 391 }
 392
 393 /**
 394  * \brief Allocate a block of memory at the specified virtual address
 395  */
 396 tPAddr MM_Allocate(tVAddr VAddr)
 397 {
 398         tPAddr  ret;
 399
 400         ENTER("xVAddr", VAddr);
 401
 402         // Ensure the tables are allocated before the page (keeps things neat)
 403         MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 1, 0, NULL);
 404
 405         // Allocate the page
 406         ret = MM_AllocPhys();
 407         LOG("ret = %x", ret);
 408         if(!ret)        LEAVE_RET('i', 0);
 409
 410         if( !MM_Map(VAddr, ret) )
 411         {
 412                 Warning("MM_Allocate: Unable to map. Strange, we should have errored earlier");
 413                 MM_DerefPhys(ret);
 414                 LEAVE('i');
 415                 return 0;
 416         }
 417
 418         LEAVE('X', ret);
 419         return ret;
 420 }
 421
 422 /**
 423  * \brief Deallocate a page at a virtual address
 424  */
 425 void MM_Deallocate(tVAddr VAddr)
 426 {
 427         tPAddr  phys;
 428
 429         phys = MM_GetPhysAddr(VAddr);
 430         if(!phys)       return ;
 431
 432         MM_Unmap(VAddr);
 433
 434         MM_DerefPhys(phys);
 435 }
 436
 437 /**
 438  * \brief Get the page table entry of a virtual address
 439  * \param Addr  Virtual Address
 440  * \param Phys  Location to put the physical address
 441  * \param Flags Flags on the entry (set to zero if unmapped)
 442  * \return Size of the entry (in address bits) - 12 = 4KiB page
 443  */
 444 int MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags)
 445 {
 446         tPAddr  *ptr;
 447          int    ret;
 448
 449         if(!Phys || !Flags)     return 0;
 450
 451         ret = MM_GetPageEntryPtr(Addr, 0, 0, 0, &ptr);
 452         if( ret < 0 )   return 0;
 453
 454         *Phys = *ptr & PADDR_MASK;
 455         *Flags = *ptr & 0xFFF;
 456         return ret;
 457 }
 458
 459 /**
 460  * \brief Get the physical address of a virtual location
 461  */
 462 tPAddr MM_GetPhysAddr(tVAddr Addr)
 463 {
 464         tPAddr  *ptr;
 465          int    ret;
 466
 467         ret = MM_GetPageEntryPtr(Addr, 0, 0, 0, &ptr);
 468         if( ret < 0 )   return 0;
 469
 470         if( !(*ptr & 1) )       return 0;
 471
 472         return (*ptr & PADDR_MASK) | (Addr & 0xFFF);
 473 }
 474
 475 /**
 476  * \brief Sets the flags on a page
 477  */
 478 void MM_SetFlags(tVAddr VAddr, Uint Flags, Uint Mask)
 479 {
 480         tPAddr  *ent;
 481          int    rv;
 482
 483         // Get pointer
 484         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 0, 0, &ent);
 485         if(rv < 0)      return ;
 486
 487         // Ensure the entry is valid
 488         if( !(*ent & 1) )       return ;
 489
 490         // Read-Only
 491         if( Mask & MM_PFLAG_RO )
 492         {
 493                 if( Flags & MM_PFLAG_RO ) {
 494                         *ent &= ~PF_WRITE;
 495                 }
 496                 else {
 497                         *ent |= PF_WRITE;
 498                 }
 499         }
 500
 501         // Kernel
 502         if( Mask & MM_PFLAG_KERNEL )
 503         {
 504                 if( Flags & MM_PFLAG_KERNEL ) {
 505                         *ent &= ~PF_USER;
 506                 }
 507                 else {
 508                         *ent |= PF_USER;
 509                 }
 510         }
 511
 512         // Copy-On-Write
 513         if( Mask & MM_PFLAG_COW )
 514         {
 515                 if( Flags & MM_PFLAG_COW ) {
 516                         *ent &= ~PF_WRITE;
 517                         *ent |= PF_COW;
 518                 }
 519                 else {
 520                         *ent &= ~PF_COW;
 521                         *ent |= PF_WRITE;
 522                 }
 523         }
 524
 525         // Execute
 526         if( Mask & MM_PFLAG_EXEC )
 527         {
 528                 if( Flags & MM_PFLAG_EXEC ) {
 529                         *ent &= ~PF_NX;
 530                 }
 531                 else {
 532                         *ent |= PF_NX;
 533                 }
 534         }
 535 }
 536
 537 /**
 538  * \brief Get the flags applied to a page
 539  */
 540 Uint MM_GetFlags(tVAddr VAddr)
 541 {
 542         tPAddr  *ent;
 543          int    rv, ret = 0;
 544
 545         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 0, 0, &ent);
 546         if(rv < 0)      return 0;
 547
 548         if( !(*ent & 1) )       return 0;
 549
 550         // Read-Only
 551         if( !(*ent & PF_WRITE) )        ret |= MM_PFLAG_RO;
 552         // Kernel
 553         if( !(*ent & PF_USER) ) ret |= MM_PFLAG_KERNEL;
 554         // Copy-On-Write
 555         if( *ent & PF_COW )     ret |= MM_PFLAG_COW;
 556         // Execute
 557         if( !(*ent & PF_NX) )   ret |= MM_PFLAG_EXEC;
 558
 559         return ret;
 560 }
 561
 562 // --- Hardware Mappings ---
 563 /**
 564  * \brief Map a range of hardware pages
 565  */
 566 tVAddr MM_MapHWPages(tPAddr PAddr, Uint Number)
 567 {
 568         tVAddr  ret;
 569          int    num;
 570
 571         //TODO: Add speedups (memory of first possible free)
 572         for( ret = MM_HWMAP_BASE; ret < MM_HWMAP_TOP; ret += 0x1000 )
 573         {
 574                 for( num = Number; num -- && ret < MM_HWMAP_TOP; ret += 0x1000 )
 575                 {
 576                         if( MM_GetPhysAddr(ret) != 0 )  break;
 577                 }
 578                 if( num >= 0 )  continue;
 579
 580                 PAddr += 0x1000 * Number;
 581
 582                 while( Number -- )
 583                 {
 584                         ret -= 0x1000;
 585                         PAddr -= 0x1000;
 586                         MM_Map(ret, PAddr);
 587                 }
 588
 589                 return ret;
 590         }
 591
 592         Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_MapHWPages");
 593         return 0;
 594 }
 595
 596 /**
 597  * \brief Free a range of hardware pages
 598  */
 599 void MM_UnmapHWPages(tVAddr VAddr, Uint Number)
 600 {
 601 //      Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_UnmapHWPages");
 602         while( Number -- )
 603         {
 604                 MM_Unmap(VAddr);
 605                 VAddr += 0x1000;
 606         }
 607 }
 608
 609
 610 /**
 611  * \fn tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
 612  * \brief Allocates DMA physical memory
 613  * \param Pages Number of pages required
 614  * \param MaxBits       Maximum number of bits the physical address can have
 615  * \param PhysAddr      Pointer to the location to place the physical address allocated
 616  * \return Virtual address allocate
 617  */
 618 tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
 619 {
 620         tPAddr  phys;
 621         tVAddr  ret;
 622
 623         // Sanity Check
 624         if(MaxBits < 12 || !PhysAddr)   return 0;
 625
 626         // Fast Allocate
 627         if(Pages == 1 && MaxBits >= PHYS_BITS)
 628         {
 629                 phys = MM_AllocPhys();
 630                 *PhysAddr = phys;
 631                 ret = MM_MapHWPages(phys, 1);
 632                 if(ret == 0) {
 633                         MM_DerefPhys(phys);
 634                         return 0;
 635                 }
 636                 return ret;
 637         }
 638
 639         // Slow Allocate
 640         phys = MM_AllocPhysRange(Pages, MaxBits);
 641         // - Was it allocated?
 642         if(phys == 0)   return 0;
 643
 644         // Allocated successfully, now map
 645         ret = MM_MapHWPages(phys, Pages);
 646         if( ret == 0 ) {
 647                 // If it didn't map, free then return 0
 648                 for(;Pages--;phys+=0x1000)
 649                         MM_DerefPhys(phys);
 650                 return 0;
 651         }
 652
 653         *PhysAddr = phys;
 654         return ret;
 655 }
 656
 657 // --- Tempory Mappings ---
 658 tVAddr MM_MapTemp(tPAddr PAddr)
 659 {
 660         const int max_slots = (MM_TMPMAP_END - MM_TMPMAP_BASE) / PAGE_SIZE;
 661         tVAddr  ret = MM_TMPMAP_BASE;
 662          int    i;
 663
 664         for( i = 0; i < max_slots; i ++, ret += PAGE_SIZE )
 665         {
 666                 tPAddr  *ent;
 667                 if( MM_GetPageEntryPtr( ret, 0, 1, 0, &ent) < 0 ) {
 668                         continue ;
 669                 }
 670
 671                 if( *ent & 1 )
 672                         continue ;
 673
 674                 *ent = PAddr | 3;
 675                 return ret;
 676         }
 677         return 0;
 678 }
 679
 680 void MM_FreeTemp(tVAddr VAddr)
 681 {
 682         MM_Deallocate(VAddr);
 683         return ;
 684 }
 685
 686
 687 // --- Address Space Clone --
 688 tPAddr MM_Clone(void)
 689 {
 690         tPAddr  ret;
 691          int    i;
 692         tVAddr  kstackbase;
 693
 694         // #1 Create a copy of the PML4
 695         ret = MM_AllocPhys();
 696         if(!ret)        return 0;
 697
 698         // #2 Alter the fractal pointer
 699         Mutex_Acquire(&glMM_TempFractalLock);
 700         TMPCR3() = ret | 3;
 701         INVLPG_ALL();
 702
 703         // #3 Set Copy-On-Write to all user pages
 704         for( i = 0; i < 256; i ++)
 705         {
 706                 TMPMAPLVL4(i) = PAGEMAPLVL4(i);
 707 //              Log_Debug("MM", "TMPMAPLVL4(%i) = 0x%016llx", i, TMPMAPLVL4(i));
 708                 if( TMPMAPLVL4(i) & 1 )
 709                 {
 710                         MM_RefPhys( TMPMAPLVL4(i) & PADDR_MASK );
 711                         TMPMAPLVL4(i) |= PF_COW;
 712                         TMPMAPLVL4(i) &= ~PF_WRITE;
 713                 }
 714         }
 715
 716         // #4 Map in kernel pages
 717         for( i = 256; i < 512; i ++ )
 718         {
 719                 // Skip addresses:
 720                 // 320 0xFFFFA....      - Kernel Stacks
 721                 if( i == 320 )  continue;
 722                 // 509 0xFFFFFE0..      - Fractal mapping
 723                 if( i == 508 )  continue;
 724                 // 510 0xFFFFFE8..      - Temp fractal mapping
 725                 if( i == 509 )  continue;
 726
 727                 TMPMAPLVL4(i) = PAGEMAPLVL4(i);
 728                 if( TMPMAPLVL4(i) & 1 )
 729                         MM_RefPhys( TMPMAPLVL4(i) & PADDR_MASK );
 730         }
 731
 732         // #5 Set fractal mapping
 733         TMPMAPLVL4(508) = ret | 3;
 734         TMPMAPLVL4(509) = 0;    // Temp
 735
 736         // #6 Create kernel stack
 737         //  tThread->KernelStack is the top
 738         //  There is 1 guard page below the stack
 739         kstackbase = Proc_GetCurThread()->KernelStack - KERNEL_STACK_SIZE;
 740
 741 //      Log("MM_Clone: kstackbase = %p", kstackbase);
 742
 743         TMPMAPLVL4(MM_KSTACK_BASE >> PML4_SHIFT) = 0;
 744         for( i = 1; i < KERNEL_STACK_SIZE/0x1000; i ++ )
 745         {
 746                 tPAddr  phys = MM_AllocPhys();
 747                 tVAddr  tmpmapping;
 748                 MM_MapEx(kstackbase+i*0x1000, phys, 1, 0);
 749
 750                 Log_Debug("MM", "MM_Clone: Cloning stack page %p from %P to %P",
 751                         kstackbase+i*0x1000, MM_GetPhysAddr( kstackbase+i*0x1000 ), phys
 752                         );
 753                 tmpmapping = MM_MapTemp(phys);
 754                 if( MM_GetPhysAddr( kstackbase+i*0x1000 ) )
 755                         memcpy((void*)tmpmapping, (void*)(kstackbase+i*0x1000), 0x1000);
 756                 else
 757                         memset((void*)tmpmapping, 0, 0x1000);
 758 //              if( i == 0xF )
 759 //                      Debug_HexDump("MM_Clone: *tmpmapping = ", (void*)tmpmapping, 0x1000);
 760                 MM_FreeTemp(tmpmapping);
 761         }
 762
 763 //      MAGIC_BREAK();
 764
 765         // #7 Return
 766         TMPCR3() = 0;
 767         INVLPG_ALL();
 768         Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
 769 //      Log("MM_Clone: RETURN %P", ret);
 770         return ret;
 771 }
 772
 773 void MM_ClearUser(void)
 774 {
 775         tVAddr  addr = 0;
 776          int    pml4, pdpt, pd, pt;
 777
 778         for( pml4 = 0; pml4 < 256; pml4 ++ )
 779         {
 780                 // Catch an un-allocated PML4 entry
 781                 if( !(PAGEMAPLVL4(pml4) & 1) ) {
 782                         addr += 1ULL << PML4_SHIFT;
 783                         continue ;
 784                 }
 785
 786                 // Catch a large COW
 787                 if( (PAGEMAPLVL4(pml4) & PF_COW) ) {
 788                         addr += 1ULL << PML4_SHIFT;
 789                 }
 790                 else
 791                 {
 792                         // TODO: Large pages
 793
 794                         // Child entries
 795                         for( pdpt = 0; pdpt < 512; pdpt ++ )
 796                         {
 797                                 // Unallocated
 798                                 if( !(PAGEDIRPTR(addr >> PDP_SHIFT) & 1) ) {
 799                                         addr += 1ULL << PDP_SHIFT;
 800                                         continue;
 801                                 }
 802
 803                                 // Catch a large COW
 804                                 if( (PAGEDIRPTR(addr >> PDP_SHIFT) & PF_COW) ) {
 805                                         addr += 1ULL << PDP_SHIFT;
 806                                 }
 807                                 else {
 808                                         // Child entries
 809                                         for( pd = 0; pd < 512; pd ++ )
 810                                         {
 811                                                 // Unallocated PDir entry
 812                                                 if( !(PAGEDIR(addr >> PDIR_SHIFT) & 1) ) {
 813                                                         addr += 1ULL << PDIR_SHIFT;
 814                                                         continue;
 815                                                 }
 816
 817                                                 // COW Page Table
 818                                                 if( PAGEDIR(addr >> PDIR_SHIFT) & PF_COW ) {
 819                                                         addr += 1ULL << PDIR_SHIFT;
 820                                                 }
 821                                                 else
 822                                                 {
 823                                                         // TODO: Catch large pages
 824
 825                                                         // Child entries
 826                                                         for( pt = 0; pt < 512; pt ++ )
 827                                                         {
 828                                                                 // Free page
 829                                                                 if( PAGETABLE(addr >> PTAB_SHIFT) & 1 ) {
 830                                                                         MM_DerefPhys( PAGETABLE(addr >> PTAB_SHIFT) & PADDR_MASK );
 831                                                                         PAGETABLE(addr >> PTAB_SHIFT) = 0;
 832                                                                 }
 833                                                                 addr += 1ULL << 12;
 834                                                         }
 835                                                 }
 836                                                 // Free page table
 837                                                 MM_DerefPhys( PAGEDIR(addr >> PDIR_SHIFT) & PADDR_MASK );
 838                                                 PAGEDIR(addr >> PDIR_SHIFT) = 0;
 839                                         }
 840                                 }
 841                                 // Free page directory
 842                                 MM_DerefPhys( PAGEDIRPTR(addr >> PDP_SHIFT) & PADDR_MASK );
 843                                 PAGEDIRPTR(addr >> PDP_SHIFT) = 0;
 844                         }
 845                 }
 846                 // Free page directory pointer table (PML4 entry)
 847                 MM_DerefPhys( PAGEMAPLVL4(pml4) & PADDR_MASK );
 848                 PAGEMAPLVL4(pml4) = 0;
 849         }
 850 }
 851
 852 tVAddr MM_NewWorkerStack(void *StackData, size_t StackSize)
 853 {
 854         tVAddr  ret;
 855          int    i;
 856
 857         // #1 Set temp fractal to PID0
 858         Mutex_Acquire(&glMM_TempFractalLock);
 859         TMPCR3() = ((tPAddr)gInitialPML4 - KERNEL_BASE) | 3;
 860
 861         // #2 Scan for a free stack addresss < 2^47
 862         for(ret = 0x100000; ret < (1ULL << 47); ret += KERNEL_STACK_SIZE)
 863         {
 864                 tPAddr  *ptr;
 865                 if( MM_GetPageEntryPtr(ret, 1, 0, 0, &ptr) == 0 )       break;
 866                 if( !(*ptr & 1) )       break;
 867         }
 868         if( ret >= (1ULL << 47) ) {
 869                 Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
 870                 return 0;
 871         }
 872
 873         // #3 Map all save the last page in the range
 874         //    - This acts as as guard page, and doesn't cost us anything.
 875         for( i = 0; i < KERNEL_STACK_SIZE/0x1000 - 1; i ++ )
 876         {
 877                 tPAddr  phys = MM_AllocPhys();
 878                 if(!phys) {
 879                         // TODO: Clean up
 880                         Log_Error("MM", "MM_NewWorkerStack - Unable to allocate page");
 881                         return 0;
 882                 }
 883                 MM_MapEx(ret + i*0x1000, phys, 1, 0);
 884         }
 885
 886         if( StackSize > 0x1000 ) {
 887                 Log_Error("MM", "MM_NewWorkerStack: StackSize(0x%x) > 0x1000, cbf handling", StackSize);
 888         }
 889         else {
 890                 tPAddr  *ptr, paddr;
 891                 tVAddr  tmp_addr;
 892                 MM_GetPageEntryPtr(ret + i*0x1000, 1, 0, 0, &ptr);
 893                 paddr = *ptr & ~0xFFF;
 894                 tmp_addr = MM_MapTemp(paddr);
 895                 memcpy( (void*)(tmp_addr + (0x1000 - StackSize)), StackData, StackSize );
 896                 MM_FreeTemp(tmp_addr);
 897         }
 898
 899         Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
 900
 901         return ret + i*0x1000;
 902 }
 903
 904 /**
 905  * \brief Allocate a new kernel stack
 906  */
 907 tVAddr MM_NewKStack(void)
 908 {
 909         tVAddr  base = MM_KSTACK_BASE;
 910         Uint    i;
 911         for( ; base < MM_KSTACK_TOP; base += KERNEL_STACK_SIZE )
 912         {
 913                 if(MM_GetPhysAddr(base+KERNEL_STACK_SIZE-0x1000) != 0)
 914                         continue;
 915
 916                 //Log("MM_NewKStack: Found one at %p", base + KERNEL_STACK_SIZE);
 917                 for( i = 0x1000; i < KERNEL_STACK_SIZE; i += 0x1000)
 918                 {
 919                         if( !MM_Allocate(base+i) )
 920                         {
 921                                 Log_Warning("MM", "MM_NewKStack - Allocation failed");
 922                                 for( i -= 0x1000; i; i -= 0x1000)
 923                                         MM_Deallocate(base+i);
 924                                 return 0;
 925                         }
 926                 }
 927
 928                 return base + KERNEL_STACK_SIZE;
 929         }
 930         Log_Warning("MM", "MM_NewKStack - No address space left\n");
 931         return 0;
 932 }