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 #include <hal_proc.h>
  12
  13 // === DEBUG OPTIONS ===
  14 #define TRACE_COW       0
  15
  16 // === CONSTANTS ===
  17 #define PHYS_BITS       52      // TODO: Move out
  18 #define VIRT_BITS       48
  19
  20 #define PML4_SHIFT      39
  21 #define PDP_SHIFT       30
  22 #define PDIR_SHIFT      21
  23 #define PTAB_SHIFT      12
  24
  25 #define PADDR_MASK      0x7FFFFFFF##FFFFF000
  26 #define PAGE_MASK       ((1LL << 36)-1)
  27 #define TABLE_MASK      ((1LL << 27)-1)
  28 #define PDP_MASK        ((1LL << 18)-1)
  29 #define PML4_MASK       ((1LL << 9)-1)
  30
  31 #define PF_PRESENT      0x001
  32 #define PF_WRITE        0x002
  33 #define PF_USER         0x004
  34 #define PF_LARGE        0x080
  35 #define PF_GLOBAL       0x100
  36 #define PF_COW          0x200
  37 #define PF_PAGED        0x400
  38 #define PF_NX           0x80000000##00000000
  39
  40 // === MACROS ===
  41 #define PAGETABLE(idx)  (*((Uint64*)MM_FRACTAL_BASE+((idx)&PAGE_MASK)))
  42 #define PAGEDIR(idx)    PAGETABLE((MM_FRACTAL_BASE>>12)+((idx)&TABLE_MASK))
  43 #define PAGEDIRPTR(idx) PAGEDIR((MM_FRACTAL_BASE>>21)+((idx)&PDP_MASK))
  44 #define PAGEMAPLVL4(idx)        PAGEDIRPTR((MM_FRACTAL_BASE>>30)+((idx)&PML4_MASK))
  45
  46 #define TMPCR3()        PAGEMAPLVL4(MM_TMPFRAC_BASE>>39)
  47 #define TMPTABLE(idx)   (*((Uint64*)MM_TMPFRAC_BASE+((idx)&PAGE_MASK)))
  48 #define TMPDIR(idx)     PAGETABLE((MM_TMPFRAC_BASE>>12)+((idx)&TABLE_MASK))
  49 #define TMPDIRPTR(idx)  PAGEDIR((MM_TMPFRAC_BASE>>21)+((idx)&PDP_MASK))
  50 #define TMPMAPLVL4(idx) PAGEDIRPTR((MM_TMPFRAC_BASE>>30)+((idx)&PML4_MASK))
  51
  52 #define INVLPG(__addr)  __asm__ __volatile__ ("invlpg (%0)"::"r"(__addr))
  53 #define INVLPG_ALL()    __asm__ __volatile__ ("mov %cr3,%rax;\n\tmov %rax,%cr3;")
  54 #define INVLPG_GLOBAL() __asm__ __volatile__ ("mov %cr4,%rax;\n\txorl $0x80, %eax;\n\tmov %rax,%cr4;\n\txorl $0x80, %eax;\n\tmov %rax,%cr4")
  55
  56 // === CONSTS ===
  57 //tPAddr        * const gaPageTable = MM_FRACTAL_BASE;
  58
  59 // === IMPORTS ===
  60 extern void     Error_Backtrace(Uint IP, Uint BP);
  61 extern tPAddr   gInitialPML4[512];
  62 extern void     Threads_SegFault(tVAddr Addr);
  63 extern char     _UsertextBase[];
  64
  65 // === PROTOTYPES ===
  66 void    MM_InitVirt(void);
  67 //void  MM_FinishVirtualInit(void);
  68 void    MM_int_ClonePageEnt( Uint64 *Ent, void *NextLevel, tVAddr Addr, int bTable );
  69  int    MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs);
  70 void    MM_int_DumpTablesEnt(tVAddr RangeStart, size_t Length, tPAddr Expected);
  71 //void  MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End);
  72  int    MM_GetPageEntryPtr(tVAddr Addr, BOOL bTemp, BOOL bAllocate, BOOL bLargePage, tPAddr **Pointer);
  73  int    MM_MapEx(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr, BOOL bTemp, BOOL bLarge);
  74 // int  MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr);
  75 void    MM_Unmap(tVAddr VAddr);
  76 void    MM_int_ClearTableLevel(tVAddr VAddr, int LevelBits, int MaxEnts);
  77 //void  MM_ClearUser(void);
  78  int    MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags);
  79
  80 // === GLOBALS ===
  81 tMutex  glMM_TempFractalLock;
  82 tPAddr  gMM_ZeroPage;
  83
  84 // === CODE ===
  85 void MM_InitVirt(void)
  86 {
  87 //      Log_Debug("MMVirt", "&PAGEMAPLVL4(0) = %p", &PAGEMAPLVL4(0));
  88 //      MM_DumpTables(0, -1L);
  89 }
  90
  91 void MM_FinishVirtualInit(void)
  92 {
  93         PAGEMAPLVL4(0) = 0;
  94 }
  95
  96 /**
  97  * \brief Clone a page from an entry
  98  * \param Ent   Pointer to the entry in the PML4/PDP/PD/PT
  99  * \param NextLevel     Pointer to contents of the entry
 100  * \param Addr  Dest address
 101  * \note Used in COW
 102  */
 103 void MM_int_ClonePageEnt( Uint64 *Ent, void *NextLevel, tVAddr Addr, int bTable )
 104 {
 105         tPAddr  curpage = *Ent & PADDR_MASK;
 106          int    bCopied = 0;
 107
 108         if( MM_GetRefCount( curpage ) <= 0 ) {
 109                 Log_KernelPanic("MMVirt", "Page %P still marked COW, but unreferenced", curpage);
 110         }
 111         if( MM_GetRefCount( curpage ) == 1 )
 112         {
 113                 *Ent &= ~PF_COW;
 114                 *Ent |= PF_PRESENT|PF_WRITE;
 115                 #if TRACE_COW
 116                 Log_Debug("MMVirt", "COW ent at %p (%p) only %P", Ent, NextLevel, curpage);
 117                 #endif
 118         }
 119         else
 120         {
 121                 void    *tmp;
 122                 tPAddr  paddr;
 123
 124                 if( !(paddr = MM_AllocPhys()) ) {
 125                         Threads_SegFault(Addr);
 126                         return ;
 127                 }
 128
 129                 ASSERT(paddr != curpage);
 130
 131                 tmp = (void*)MM_MapTemp(paddr);
 132                 memcpy( tmp, NextLevel, 0x1000 );
 133                 MM_FreeTemp( (tVAddr)tmp );
 134
 135                 #if TRACE_COW
 136                 Log_Debug("MMVirt", "COW ent at %p (%p) from %P to %P", Ent, NextLevel, curpage, paddr);
 137                 #endif
 138
 139                 MM_DerefPhys( curpage );
 140                 *Ent &= PF_USER;
 141                 *Ent |= paddr|PF_PRESENT|PF_WRITE;
 142
 143                 bCopied = 1;
 144         }
 145         INVLPG( (tVAddr)NextLevel );
 146
 147         // Mark COW on contents if it's a PDPT, Dir or Table
 148         if(bTable)
 149         {
 150                 Uint64  *dp = NextLevel;
 151                  int    i;
 152                 for( i = 0; i < 512; i ++ )
 153                 {
 154                         if( !(dp[i] & PF_PRESENT) )
 155                                 continue;
 156
 157                         if( bCopied )
 158                                 MM_RefPhys( dp[i] & PADDR_MASK );
 159                         if( dp[i] & PF_WRITE ) {
 160                                 dp[i] &= ~PF_WRITE;
 161                                 dp[i] |= PF_COW;
 162                         }
 163                 }
 164         }
 165 }
 166
 167 /*
 168  * \brief Called on a page fault
 169  */
 170 int MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs)
 171 {
 172 //      Log_Debug("MMVirt", "Addr = %p, ErrorCode = %x", Addr, ErrorCode);
 173
 174         // Catch reserved bits first
 175         if( ErrorCode & 0x8 )
 176         {
 177                 Log_Warning("MMVirt", "Reserved bits trashed!");
 178                 Log_Warning("MMVirt", "PML4 Ent   = %P", PAGEMAPLVL4(Addr>>39));
 179                 if( !(PAGEMAPLVL4(Addr>>39) & PF_PRESENT) )     goto print_done;
 180                 Log_Warning("MMVirt", "PDP Ent    = %P", PAGEDIRPTR(Addr>>30));
 181                 if( !(PAGEDIRPTR(Addr>>30) & PF_PRESENT) )      goto print_done;
 182                 Log_Warning("MMVirt", "PDir Ent   = %P", PAGEDIR(Addr>>21));
 183                 if( !(PAGEDIR(Addr>>21) & PF_PRESENT) ) goto print_done;
 184                 Log_Warning("MMVirt", "PTable Ent = %P", PAGETABLE(Addr>>12));
 185                 if( !(PAGETABLE(Addr>>12) & PF_PRESENT) )       goto print_done;
 186         print_done:
 187
 188                 for(;;);
 189         }
 190
 191         // TODO: Implement Copy-on-Write
 192         #if 1
 193         if( PAGEMAPLVL4(Addr>>39) & PF_PRESENT
 194          && PAGEDIRPTR (Addr>>30) & PF_PRESENT
 195          && PAGEDIR    (Addr>>21) & PF_PRESENT
 196          && PAGETABLE  (Addr>>12) & PF_PRESENT )
 197         {
 198                 // PML4 Entry
 199                 if( PAGEMAPLVL4(Addr>>39) & PF_COW )
 200                 {
 201                         tPAddr  *dp = &PAGEDIRPTR((Addr>>39)*512);
 202                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGEMAPLVL4(Addr>>39), dp, Addr, 1 );
 203 //                      MM_DumpTables(Addr>>39 << 39, (((Addr>>39) + 1) << 39) - 1);
 204                 }
 205                 // PDP Entry
 206                 if( PAGEDIRPTR(Addr>>30) & PF_COW )
 207                 {
 208                         tPAddr  *dp = &PAGEDIR( (Addr>>30)*512 );
 209                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGEDIRPTR(Addr>>30), dp, Addr, 1 );
 210 //                      MM_DumpTables(Addr>>30 << 30, (((Addr>>30) + 1) << 30) - 1);
 211                 }
 212                 // PD Entry
 213                 if( PAGEDIR(Addr>>21) & PF_COW )
 214                 {
 215                         tPAddr  *dp = &PAGETABLE( (Addr>>21)*512 );
 216                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGEDIR(Addr>>21), dp, Addr, 1 );
 217 //                      MM_DumpTables(Addr>>21 << 21, (((Addr>>21) + 1) << 21) - 1);
 218                 }
 219                 // PT Entry
 220                 if( PAGETABLE(Addr>>12) & PF_COW )
 221                 {
 222                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGETABLE(Addr>>12), (void*)(Addr & ~0xFFF), Addr, 0 );
 223                         INVLPG( Addr & ~0xFFF );
 224                         return 0;
 225                 }
 226         }
 227         #endif
 228
 229         // If it was a user, tell the thread handler
 230         if(ErrorCode & 4) {
 231                 Warning("User %s %s memory%s",
 232                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 233                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 234                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 235                         );
 236                 Warning("User Pagefault: Instruction at %04x:%p accessed %p",
 237                         Regs->CS, Regs->RIP, Addr);
 238                 __asm__ __volatile__ ("sti");   // Restart IRQs
 239                 Error_Backtrace(Regs->RIP, Regs->RBP);
 240                 Threads_SegFault(Addr);
 241                 return 0;
 242         }
 243
 244         // Kernel #PF
 245         Debug_KernelPanic();
 246         // -- Check Error Code --
 247         if(ErrorCode & 8)
 248                 Warning("Reserved Bits Trashed!");
 249         else
 250         {
 251                 Warning("Kernel %s %s memory%s",
 252                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 253                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 254                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 255                         );
 256         }
 257
 258         Log("Thread %i - Code at %p accessed %p", Threads_GetTID(), Regs->RIP, Addr);
 259         // Print Stack Backtrace
 260         Error_Backtrace(Regs->RIP, Regs->RBP);
 261
 262         MM_DumpTables(0, -1);
 263
 264         return 1;
 265 }
 266
 267 void MM_int_DumpTablesEnt(tVAddr RangeStart, size_t Length, tPAddr Expected)
 268 {
 269         #define CANOICAL(addr)  ((addr)&0x800000000000?(addr)|0xFFFF000000000000:(addr))
 270         LogF("%016llx => ", CANOICAL(RangeStart));
 271 //      LogF("%6llx %6llx %6llx %016llx => ",
 272 //              MM_GetPhysAddr( (tVAddr)&PAGEDIRPTR(RangeStart>>30) ),
 273 //              MM_GetPhysAddr( (tVAddr)&PAGEDIR(RangeStart>>21) ),
 274 //              MM_GetPhysAddr( (tVAddr)&PAGETABLE(RangeStart>>12) ),
 275 //              CANOICAL(RangeStart)
 276 //              );
 277         if( gMM_ZeroPage && (PAGETABLE(RangeStart>>12) & PADDR_MASK) == gMM_ZeroPage )
 278                 LogF("%13s", "zero" );
 279         else
 280                 LogF("%13llx", PAGETABLE(RangeStart>>12) & PADDR_MASK );
 281         LogF(" : 0x%6llx (%c%c%c%c%c%c)\r\n",
 282                 Length,
 283                 (Expected & PF_GLOBAL ? 'G' : '-'),
 284                 (Expected & PF_NX ? '-' : 'x'),
 285                 (Expected & PF_PAGED ? 'p' : '-'),
 286                 (Expected & PF_COW ? 'C' : '-'),
 287                 (Expected & PF_USER ? 'U' : '-'),
 288                 (Expected & PF_WRITE ? 'W' : '-')
 289                 );
 290         #undef CANOICAL
 291 }
 292
 293 /**
 294  * \brief Dumps the layout of the page tables
 295  */
 296 void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
 297 {
 298         const tPAddr    FIXED_BITS = PF_PRESENT|PF_WRITE|PF_USER|PF_COW|PF_PAGED|PF_NX|PF_GLOBAL;
 299         const tPAddr    CHANGEABLE_BITS = ~FIXED_BITS & 0xFFF;
 300         const tPAddr    MASK = ~CHANGEABLE_BITS;        // Physical address and access bits
 301         tVAddr  rangeStart = 0;
 302         tPAddr  expected = CHANGEABLE_BITS;     // CHANGEABLE_BITS is used because it's not a vaild value
 303         tVAddr  curPos;
 304         Uint    page;
 305         tPAddr  expected_pml4 = PF_WRITE|PF_USER;
 306         tPAddr  expected_pdp = PF_WRITE|PF_USER;
 307         tPAddr  expected_pd = PF_WRITE|PF_USER;
 308
 309         Log("Table Entries: (%p to %p)", Start, End);
 310
 311         End &= (1L << 48) - 1;
 312
 313         Start >>= 12;   End >>= 12;
 314
 315         for(page = Start, curPos = Start<<12;
 316                 page < End;
 317                 curPos += 0x1000, page++)
 318         {
 319                 //Debug("&PAGEMAPLVL4(%i page>>27) = %p", page>>27, &PAGEMAPLVL4(page>>27));
 320                 //Debug("&PAGEDIRPTR(%i page>>18) = %p", page>>18, &PAGEDIRPTR(page>>18));
 321                 //Debug("&PAGEDIR(%i page>>9) = %p", page>>9, &PAGEDIR(page>>9));
 322                 //Debug("&PAGETABLE(%i page) = %p", page, &PAGETABLE(page));
 323
 324                 // End of a range
 325                 if(!(PAGEMAPLVL4(page>>27) & PF_PRESENT)
 326                 ||  (PAGEMAPLVL4(page>>27) & FIXED_BITS) != expected_pml4
 327                 || !(PAGEDIRPTR(page>>18) & PF_PRESENT)
 328                 ||  (PAGEDIRPTR(page>>18) & FIXED_BITS) != expected_pdp
 329                 || !(PAGEDIR(page>>9) & PF_PRESENT)
 330                 ||  (PAGEDIR(page>>9) & FIXED_BITS) != expected_pd
 331                 || !(PAGETABLE(page) & PF_PRESENT)
 332                 ||  (PAGETABLE(page) & MASK) != expected)
 333                 {
 334                         if(expected != CHANGEABLE_BITS)
 335                         {
 336                                 // Merge
 337                                 expected &= expected_pml4 | ~(PF_WRITE|PF_USER);
 338                                 expected &= expected_pdp  | ~(PF_WRITE|PF_USER);
 339                                 expected &= expected_pd   | ~(PF_WRITE|PF_USER);
 340                                 expected |= expected_pml4 & PF_NX;
 341                                 expected |= expected_pdp  & PF_NX;
 342                                 expected |= expected_pd   & PF_NX;
 343                                 Log("expected (pml4 = %x, pdp = %x, pd = %x)",
 344                                         expected_pml4, expected_pdp, expected_pd);
 345                                 // Dump
 346                                 MM_int_DumpTablesEnt( rangeStart, curPos - rangeStart, expected );
 347                                 expected = CHANGEABLE_BITS;
 348                         }
 349
 350                         if( curPos == 0x800000000000L )
 351                                 curPos = 0xFFFF800000000000L;
 352
 353                         if( !(PAGEMAPLVL4(page>>27) & PF_PRESENT) ) {
 354                                 page += (1 << 27) - 1;
 355                                 curPos += (1L << 39) - 0x1000;
 356                                 continue;
 357                         }
 358                         if( !(PAGEDIRPTR(page>>18) & PF_PRESENT) ) {
 359                                 page += (1 << 18) - 1;
 360                                 curPos += (1L << 30) - 0x1000;
 361                                 continue;
 362                         }
 363                         if( !(PAGEDIR(page>>9) & PF_PRESENT) ) {
 364                                 page += (1 << 9) - 1;
 365                                 curPos += (1L << 21) - 0x1000;
 366                                 continue;
 367                         }
 368                         if( !(PAGETABLE(page) & PF_PRESENT) )   continue;
 369
 370                         expected = (PAGETABLE(page) & MASK);
 371                         expected_pml4 = (PAGEMAPLVL4(page>>27) & FIXED_BITS);
 372                         expected_pdp  = (PAGEDIRPTR (page>>18) & FIXED_BITS);
 373                         expected_pd   = (PAGEDIR    (page>> 9) & FIXED_BITS);
 374                         rangeStart = curPos;
 375                 }
 376                 if(gMM_ZeroPage && (expected & PADDR_MASK) == gMM_ZeroPage )
 377                         expected = expected;
 378                 else if(expected != CHANGEABLE_BITS)
 379                         expected += 0x1000;
 380         }
 381
 382         if(expected != CHANGEABLE_BITS) {
 383                 // Merge
 384
 385                 // Dump
 386                 MM_int_DumpTablesEnt( rangeStart, curPos - rangeStart, expected );
 387                 expected = 0;
 388         }
 389 }
 390
 391 /**
 392  * \brief Get a pointer to a page entry
 393  * \param Addr  Virtual Address
 394  * \param bTemp Use the Temporary fractal mapping
 395  * \param bAllocate     Allocate entries
 396  * \param bLargePage    Request a large page
 397  * \param Pointer       Location to place the calculated pointer
 398  * \return Page size, or -ve on error
 399  */
 400 int MM_GetPageEntryPtr(tVAddr Addr, BOOL bTemp, BOOL bAllocate, BOOL bLargePage, tPAddr **Pointer)
 401 {
 402         tPAddr  *pmlevels[4];
 403         tPAddr  tmp;
 404          int    i, size;
 405
 406         #define BITMASK(bits)   ( (1LL << (bits))-1 )
 407
 408         if( bTemp )
 409         {
 410                 pmlevels[3] = &TMPTABLE(0);     // Page Table
 411                 pmlevels[2] = &TMPDIR(0);       // PDIR
 412                 pmlevels[1] = &TMPDIRPTR(0);    // PDPT
 413                 pmlevels[0] = &TMPMAPLVL4(0);   // PML4
 414         }
 415         else
 416         {
 417                 pmlevels[3] = (void*)MM_FRACTAL_BASE;   // Page Table
 418                 pmlevels[2] = &pmlevels[3][(MM_FRACTAL_BASE>>12)&BITMASK(VIRT_BITS-12)];        // PDIR
 419                 pmlevels[1] = &pmlevels[2][(MM_FRACTAL_BASE>>21)&BITMASK(VIRT_BITS-21)];        // PDPT
 420                 pmlevels[0] = &pmlevels[1][(MM_FRACTAL_BASE>>30)&BITMASK(VIRT_BITS-30)];        // PML4
 421         }
 422
 423         // Mask address
 424         Addr &= (1ULL << 48)-1;
 425
 426         for( size = 39, i = 0; size > 12; size -= 9, i ++ )
 427         {
 428                 Uint64  *ent = &pmlevels[i][Addr >> size];
 429 //              INVLPG( &pmlevels[i][ (Addr >> ADDR_SIZES[i]) &
 430
 431                 // Check for a free large page slot
 432                 // TODO: Better support with selectable levels
 433                 if( (Addr & ((1ULL << size)-1)) == 0 && bLargePage )
 434                 {
 435                         if(Pointer)     *Pointer = ent;
 436                         return size;
 437                 }
 438                 // Allocate an entry if required
 439                 if( !(*ent & PF_PRESENT) )
 440                 {
 441                         if( !bAllocate )        return -4;      // If allocation is not requested, error
 442                         if( !(tmp = MM_AllocPhys()) )   return -2;
 443                         *ent = tmp | 3;
 444                         if( Addr < 0x800000000000 )
 445                                 *ent |= PF_USER;
 446                         INVLPG( &pmlevels[i+1][ (Addr>>size)*512 ] );
 447                         memset( &pmlevels[i+1][ (Addr>>size)*512 ], 0, 0x1000 );
 448                         LOG("Init PML%i ent 0x%x %p with %P (*ent = %P)", 4 - i,
 449                                 Addr>>size, (Addr>>size) << size, tmp, *ent);
 450                 }
 451                 // Catch large pages
 452                 else if( *ent & PF_LARGE )
 453                 {
 454                         // Alignment
 455                         if( (Addr & ((1ULL << size)-1)) != 0 )  return -3;
 456                         if(Pointer)     *Pointer = ent;
 457                         return size;    // Large page warning
 458                 }
 459         }
 460
 461         // And, set the page table entry
 462         if(Pointer)     *Pointer = &pmlevels[i][Addr >> size];
 463         return size;
 464 }
 465
 466 /**
 467  * \brief Map a physical page to a virtual one
 468  * \param VAddr Target virtual address
 469  * \param PAddr Physical address of page
 470  * \param bTemp Use tempoary mappings
 471  * \param bLarge        Treat as a large page
 472  */
 473 int MM_MapEx(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr, BOOL bTemp, BOOL bLarge)
 474 {
 475         tPAddr  *ent;
 476          int    rv;
 477
 478         ENTER("pVAddr PPAddr", VAddr, PAddr);
 479
 480         // Get page pointer (Allow allocating)
 481         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, bTemp, 1, bLarge, &ent);
 482         if(rv < 0)      LEAVE_RET('i', 0);
 483
 484         if( *ent & 1 )  LEAVE_RET('i', 0);
 485
 486         *ent = PAddr | 3;
 487
 488         if( VAddr < 0x800000000000 )
 489                 *ent |= PF_USER;
 490
 491         INVLPG( VAddr );
 492
 493         LEAVE('i', 1);
 494         return 1;
 495 }
 496
 497 /**
 498  * \brief Map a physical page to a virtual one
 499  * \param VAddr Target virtual address
 500  * \param PAddr Physical address of page
 501  */
 502 int MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr)
 503 {
 504         return MM_MapEx(VAddr, PAddr, 0, 0);
 505 }
 506
 507 /**
 508  * \brief Removed a mapped page
 509  */
 510 void MM_Unmap(tVAddr VAddr)
 511 {
 512         // Check PML4
 513         if( !(PAGEMAPLVL4(VAddr >> 39) & 1) )   return ;
 514         // Check PDP
 515         if( !(PAGEDIRPTR(VAddr >> 30) & 1) )    return ;
 516         // Check Page Dir
 517         if( !(PAGEDIR(VAddr >> 21) & 1) )       return ;
 518
 519         PAGETABLE(VAddr >> PTAB_SHIFT) = 0;
 520         INVLPG( VAddr );
 521 }
 522
 523 /**
 524  * \brief Allocate a block of memory at the specified virtual address
 525  */
 526 tPAddr MM_Allocate(tVAddr VAddr)
 527 {
 528         tPAddr  ret;
 529
 530         ENTER("xVAddr", VAddr);
 531
 532         // Ensure the tables are allocated before the page (keeps things neat)
 533         MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 1, 0, NULL);
 534
 535         // Allocate the page
 536         ret = MM_AllocPhys();
 537         LOG("ret = %x", ret);
 538         if(!ret)        LEAVE_RET('i', 0);
 539
 540         if( !MM_Map(VAddr, ret) )
 541         {
 542                 Warning("MM_Allocate: Unable to map. Strange, we should have errored earlier");
 543                 MM_DerefPhys(ret);
 544                 LEAVE('i');
 545                 return 0;
 546         }
 547
 548         LEAVE('X', ret);
 549         return ret;
 550 }
 551
 552 tPAddr MM_AllocateZero(tVAddr VAddr)
 553 {
 554         tPAddr  ret = gMM_ZeroPage;
 555
 556         MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 1, 0, NULL);
 557
 558         if(!gMM_ZeroPage) {
 559                 ret = gMM_ZeroPage = MM_AllocPhys();
 560                 MM_RefPhys(ret);        // Don't free this please
 561                 MM_Map(VAddr, ret);
 562                 memset((void*)VAddr, 0, 0x1000);
 563         }
 564         else {
 565                 MM_Map(VAddr, ret);
 566         }
 567         MM_RefPhys(ret);        // Refernce for this map
 568         MM_SetFlags(VAddr, MM_PFLAG_COW, MM_PFLAG_COW);
 569         return ret;
 570 }
 571
 572 /**
 573  * \brief Deallocate a page at a virtual address
 574  */
 575 void MM_Deallocate(tVAddr VAddr)
 576 {
 577         tPAddr  phys;
 578
 579         phys = MM_GetPhysAddr(VAddr);
 580         if(!phys)       return ;
 581
 582         MM_Unmap(VAddr);
 583
 584         MM_DerefPhys(phys);
 585 }
 586
 587 /**
 588  * \brief Get the page table entry of a virtual address
 589  * \param Addr  Virtual Address
 590  * \param Phys  Location to put the physical address
 591  * \param Flags Flags on the entry (set to zero if unmapped)
 592  * \return Size of the entry (in address bits) - 12 = 4KiB page
 593  */
 594 int MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags)
 595 {
 596         tPAddr  *ptr;
 597          int    ret;
 598
 599         if(!Phys || !Flags)     return 0;
 600
 601         ret = MM_GetPageEntryPtr(Addr, 0, 0, 0, &ptr);
 602         if( ret < 0 )   return 0;
 603
 604         *Phys = *ptr & PADDR_MASK;
 605         *Flags = *ptr & 0xFFF;
 606         return ret;
 607 }
 608
 609 /**
 610  * \brief Get the physical address of a virtual location
 611  */
 612 tPAddr MM_GetPhysAddr(tVAddr Addr)
 613 {
 614         tPAddr  *ptr;
 615          int    ret;
 616
 617         ret = MM_GetPageEntryPtr(Addr, 0, 0, 0, &ptr);
 618         if( ret < 0 )   return 0;
 619
 620         if( !(*ptr & 1) )       return 0;
 621
 622         return (*ptr & PADDR_MASK) | (Addr & 0xFFF);
 623 }
 624
 625 /**
 626  * \brief Sets the flags on a page
 627  */
 628 void MM_SetFlags(tVAddr VAddr, Uint Flags, Uint Mask)
 629 {
 630         tPAddr  *ent;
 631          int    rv;
 632
 633         // Get pointer
 634         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 0, 0, &ent);
 635         if(rv < 0)      return ;
 636
 637         // Ensure the entry is valid
 638         if( !(*ent & 1) )       return ;
 639
 640         // Read-Only
 641         if( Mask & MM_PFLAG_RO )
 642         {
 643                 if( Flags & MM_PFLAG_RO ) {
 644                         *ent &= ~PF_WRITE;
 645                 }
 646                 else {
 647                         *ent |= PF_WRITE;
 648                 }
 649         }
 650
 651         // Kernel
 652         if( Mask & MM_PFLAG_KERNEL )
 653         {
 654                 if( Flags & MM_PFLAG_KERNEL ) {
 655                         *ent &= ~PF_USER;
 656                 }
 657                 else {
 658                         *ent |= PF_USER;
 659                 }
 660         }
 661
 662         // Copy-On-Write
 663         if( Mask & MM_PFLAG_COW )
 664         {
 665                 if( Flags & MM_PFLAG_COW ) {
 666                         *ent &= ~PF_WRITE;
 667                         *ent |= PF_COW;
 668         INVLPG_ALL();
 669                 }
 670                 else {
 671                         *ent &= ~PF_COW;
 672                         *ent |= PF_WRITE;
 673                 }
 674         }
 675
 676         // Execute
 677         if( Mask & MM_PFLAG_EXEC )
 678         {
 679                 if( Flags & MM_PFLAG_EXEC ) {
 680                         *ent &= ~PF_NX;
 681                 }
 682                 else {
 683                         *ent |= PF_NX;
 684                 }
 685         }
 686 }
 687
 688 /**
 689  * \brief Get the flags applied to a page
 690  */
 691 Uint MM_GetFlags(tVAddr VAddr)
 692 {
 693         tPAddr  *ent;
 694          int    rv, ret = 0;
 695
 696         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 0, 0, &ent);
 697         if(rv < 0)      return 0;
 698
 699         if( !(*ent & 1) )       return 0;
 700
 701         // Read-Only
 702         if( !(*ent & PF_WRITE) )        ret |= MM_PFLAG_RO;
 703         // Kernel
 704         if( !(*ent & PF_USER) ) ret |= MM_PFLAG_KERNEL;
 705         // Copy-On-Write
 706         if( *ent & PF_COW )     ret |= MM_PFLAG_COW;
 707         // Execute
 708         if( !(*ent & PF_NX) )   ret |= MM_PFLAG_EXEC;
 709
 710         return ret;
 711 }
 712
 713 /**
 714  * \brief Check if the provided buffer is valid
 715  * \return Boolean valid
 716  */
 717 int MM_IsValidBuffer(tVAddr Addr, size_t Size)
 718 {
 719          int    bIsUser;
 720         Uint64  pml4, pdp, dir, tab;
 721
 722         Size += Addr & (PAGE_SIZE-1);
 723         Addr &= ~(PAGE_SIZE-1);
 724         Addr &= ((1UL << 48)-1);        // Clap to address space
 725
 726         pml4 = Addr >> 39;
 727         pdp = Addr >> 30;
 728         dir = Addr >> 21;
 729         tab = Addr >> 12;
 730
 731         if( !(PAGEMAPLVL4(pml4) & 1) )  return 0;
 732         if( !(PAGEDIRPTR(pdp) & 1) )    return 0;
 733         if( !(PAGEDIR(dir) & 1) )       return 0;
 734         if( !(PAGETABLE(tab) & 1) )     return 0;
 735
 736         bIsUser = !!(PAGETABLE(tab) & PF_USER);
 737
 738         while( Size >= PAGE_SIZE )
 739         {
 740                 if( (tab & 511) == 0 )
 741                 {
 742                         dir ++;
 743                         if( ((dir >> 9) & 511) == 0 )
 744                         {
 745                                 pdp ++;
 746                                 if( ((pdp >> 18) & 511) == 0 )
 747                                 {
 748                                         pml4 ++;
 749                                         if( !(PAGEMAPLVL4(pml4) & 1) )  return 0;
 750                                 }
 751                                 if( !(PAGEDIRPTR(pdp) & 1) )    return 0;
 752                         }
 753                         if( !(PAGEDIR(dir) & 1) )       return 0;
 754                 }
 755
 756                 if( !(PAGETABLE(tab) & 1) )   return 0;
 757                 if( bIsUser && !(PAGETABLE(tab) & PF_USER) )    return 0;
 758
 759                 tab ++;
 760                 Size -= PAGE_SIZE;
 761         }
 762         return 1;
 763 }
 764
 765 // --- Hardware Mappings ---
 766 /**
 767  * \brief Map a range of hardware pages
 768  */
 769 tVAddr MM_MapHWPages(tPAddr PAddr, Uint Number)
 770 {
 771         tVAddr  ret;
 772          int    num;
 773
 774         //TODO: Add speedups (memory of first possible free)
 775         for( ret = MM_HWMAP_BASE; ret < MM_HWMAP_TOP; ret += 0x1000 )
 776         {
 777                 for( num = Number; num -- && ret < MM_HWMAP_TOP; ret += 0x1000 )
 778                 {
 779                         if( MM_GetPhysAddr(ret) != 0 )  break;
 780                 }
 781                 if( num >= 0 )  continue;
 782
 783 //              Log_Debug("MMVirt", "Mapping %i pages to %p (base %P)", Number, ret-Number*0x1000, PAddr);
 784
 785                 PAddr += 0x1000 * Number;
 786
 787                 while( Number -- )
 788                 {
 789                         ret -= 0x1000;
 790                         PAddr -= 0x1000;
 791                         MM_Map(ret, PAddr);
 792                         MM_RefPhys(PAddr);
 793                 }
 794
 795                 return ret;
 796         }
 797
 798         Log_Error("MM", "MM_MapHWPages - No space for %i pages", Number);
 799         return 0;
 800 }
 801
 802 /**
 803  * \brief Free a range of hardware pages
 804  */
 805 void MM_UnmapHWPages(tVAddr VAddr, Uint Number)
 806 {
 807 //      Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_UnmapHWPages");
 808         while( Number -- )
 809         {
 810                 MM_DerefPhys( MM_GetPhysAddr(VAddr) );
 811                 MM_Unmap(VAddr);
 812                 VAddr += 0x1000;
 813         }
 814 }
 815
 816
 817 /**
 818  * \fn tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
 819  * \brief Allocates DMA physical memory
 820  * \param Pages Number of pages required
 821  * \param MaxBits       Maximum number of bits the physical address can have
 822  * \param PhysAddr      Pointer to the location to place the physical address allocated
 823  * \return Virtual address allocate
 824  */
 825 tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
 826 {
 827         tPAddr  phys;
 828         tVAddr  ret;
 829
 830         // Sanity Check
 831         if(MaxBits < 12 || !PhysAddr)   return 0;
 832
 833         // Fast Allocate
 834         if(Pages == 1 && MaxBits >= PHYS_BITS)
 835         {
 836                 phys = MM_AllocPhys();
 837                 *PhysAddr = phys;
 838                 ret = MM_MapHWPages(phys, 1);
 839                 MM_DerefPhys(phys);
 840                 return ret;
 841         }
 842
 843         // Slow Allocate
 844         phys = MM_AllocPhysRange(Pages, MaxBits);
 845         // - Was it allocated?
 846         if(phys == 0)   return 0;
 847
 848         // Allocated successfully, now map
 849         ret = MM_MapHWPages(phys, Pages);
 850         // MapHWPages references the pages, so deref them back down to 1
 851         for(;Pages--;phys+=0x1000)
 852                 MM_DerefPhys(phys);
 853         if( ret == 0 ) {
 854                 // If it didn't map, free then return 0
 855                 return 0;
 856         }
 857
 858         *PhysAddr = phys;
 859         return ret;
 860 }
 861
 862 // --- Tempory Mappings ---
 863 tVAddr MM_MapTemp(tPAddr PAddr)
 864 {
 865         const int max_slots = (MM_TMPMAP_END - MM_TMPMAP_BASE) / PAGE_SIZE;
 866         tVAddr  ret = MM_TMPMAP_BASE;
 867          int    i;
 868
 869         for( i = 0; i < max_slots; i ++, ret += PAGE_SIZE )
 870         {
 871                 tPAddr  *ent;
 872                 if( MM_GetPageEntryPtr( ret, 0, 1, 0, &ent) < 0 ) {
 873                         continue ;
 874                 }
 875
 876                 if( *ent & 1 )
 877                         continue ;
 878
 879                 *ent = PAddr | 3;
 880                 MM_RefPhys(PAddr);
 881                 INVLPG(ret);
 882                 return ret;
 883         }
 884         return 0;
 885 }
 886
 887 void MM_FreeTemp(tVAddr VAddr)
 888 {
 889         MM_Deallocate(VAddr);
 890         return ;
 891 }
 892
 893
 894 // --- Address Space Clone --
 895 tPAddr MM_Clone(void)
 896 {
 897         tPAddr  ret;
 898          int    i;
 899         tVAddr  kstackbase;
 900
 901         // #1 Create a copy of the PML4
 902         ret = MM_AllocPhys();
 903         if(!ret)        return 0;
 904
 905         // #2 Alter the fractal pointer
 906         Mutex_Acquire(&glMM_TempFractalLock);
 907         TMPCR3() = ret | 3;
 908         INVLPG_ALL();
 909
 910         // #3 Set Copy-On-Write to all user pages
 911         if( Threads_GetPID() != 0 )
 912         {
 913                 for( i = 0; i < 256; i ++)
 914                 {
 915                         if( PAGEMAPLVL4(i) & PF_WRITE ) {
 916                                 PAGEMAPLVL4(i) |= PF_COW;
 917                                 PAGEMAPLVL4(i) &= ~PF_WRITE;
 918                         }
 919
 920                         TMPMAPLVL4(i) = PAGEMAPLVL4(i);
 921 //                      Log_Debug("MM", "TMPMAPLVL4(%i) = 0x%016llx", i, TMPMAPLVL4(i));
 922                         if( !(TMPMAPLVL4(i) & PF_PRESENT) )     continue ;
 923
 924                         MM_RefPhys( TMPMAPLVL4(i) & PADDR_MASK );
 925                 }
 926         }
 927         else
 928         {
 929                 for( i = 0; i < 256; i ++ )
 930                 {
 931                         TMPMAPLVL4(i) = 0;
 932                 }
 933         }
 934
 935         // #4 Map in kernel pages
 936         for( i = 256; i < 512; i ++ )
 937         {
 938                 // Skip addresses:
 939                 // 320 0xFFFFA....      - Kernel Stacks
 940                 if( i == MM_KSTACK_BASE>>39 )   continue;
 941                 // 509 0xFFFFFE0..      - Fractal mapping
 942                 if( i == MM_FRACTAL_BASE>>39 )  continue;
 943                 // 510 0xFFFFFE8..      - Temp fractal mapping
 944                 if( i == MM_TMPFRAC_BASE>>39 )  continue;
 945
 946                 TMPMAPLVL4(i) = PAGEMAPLVL4(i);
 947                 if( TMPMAPLVL4(i) & 1 )
 948                         MM_RefPhys( TMPMAPLVL4(i) & PADDR_MASK );
 949         }
 950
 951         // Mark Per-Process data as COW
 952         TMPMAPLVL4(MM_PPD_BASE>>39) |= PF_COW;
 953         TMPMAPLVL4(MM_PPD_BASE>>39) &= ~PF_WRITE;
 954
 955         // #5 Set fractal mapping
 956         TMPMAPLVL4(MM_FRACTAL_BASE>>39) = ret | 3;      // Main
 957         TMPMAPLVL4(MM_TMPFRAC_BASE>>39) = 0;    // Temp
 958
 959         // #6 Create kernel stack
 960         //  tThread->KernelStack is the top
 961         //  There is 1 guard page below the stack
 962         kstackbase = Proc_GetCurThread()->KernelStack - KERNEL_STACK_SIZE;
 963
 964         // Clone stack
 965         TMPMAPLVL4(MM_KSTACK_BASE >> PML4_SHIFT) = 0;
 966         for( i = 1; i < KERNEL_STACK_SIZE/0x1000; i ++ )
 967         {
 968                 tPAddr  phys = MM_AllocPhys();
 969                 tVAddr  tmpmapping;
 970                 MM_MapEx(kstackbase+i*0x1000, phys, 1, 0);
 971
 972                 tmpmapping = MM_MapTemp(phys);
 973                 if( MM_GetPhysAddr( kstackbase+i*0x1000 ) )
 974                         memcpy((void*)tmpmapping, (void*)(kstackbase+i*0x1000), 0x1000);
 975                 else
 976                         memset((void*)tmpmapping, 0, 0x1000);
 977 //              if( i == 0xF )
 978 //                      Debug_HexDump("MM_Clone: *tmpmapping = ", (void*)tmpmapping, 0x1000);
 979                 MM_FreeTemp(tmpmapping);
 980         }
 981
 982 //      MAGIC_BREAK();
 983
 984         // #7 Return
 985         TMPCR3() = 0;
 986         INVLPG_ALL();
 987         Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
 988 //      Log("MM_Clone: RETURN %P", ret);
 989         return ret;
 990 }
 991
 992 void MM_int_ClearTableLevel(tVAddr VAddr, int LevelBits, int MaxEnts)
 993 {
 994         Uint64  * const table_bases[] = {&PAGETABLE(0), &PAGEDIR(0), &PAGEDIRPTR(0), &PAGEMAPLVL4(0)};
 995         Uint64  *table = table_bases[(LevelBits-12)/9] + (VAddr >> LevelBits);
 996          int    i;
 997 //      Log("MM_int_ClearTableLevel: (VAddr=%p, LevelBits=%i, MaxEnts=%i)", VAddr, LevelBits, MaxEnts);
 998         for( i = 0; i < MaxEnts; i ++ )
 999         {
1000                 // Skip non-present tables
1001                 if( !(table[i] & PF_PRESENT) ) {
1002                         table[i] = 0;
1003                         continue ;
1004                 }
1005
1006                 if( (table[i] & PF_COW) && MM_GetRefCount(table[i] & PADDR_MASK) > 1 ) {
1007                         MM_DerefPhys(table[i] & PADDR_MASK);
1008                         table[i] = 0;
1009                         continue ;
1010                 }
1011                 // Clear table contents (if it is a table)
1012                 if( LevelBits > 12 )
1013                         MM_int_ClearTableLevel(VAddr + ((tVAddr)i << LevelBits), LevelBits-9, 512);
1014                 MM_DerefPhys(table[i] & PADDR_MASK);
1015                 table[i] = 0;
1016         }
1017 }
1018
1019 void MM_ClearUser(void)
1020 {
1021         MM_int_ClearTableLevel(0, 39, 256);
1022 }
1023
1024 tVAddr MM_NewWorkerStack(void *StackData, size_t StackSize)
1025 {
1026         tVAddr  ret;
1027         tPAddr  phys;
1028          int    i;
1029
1030         // #1 Set temp fractal to PID0
1031         Mutex_Acquire(&glMM_TempFractalLock);
1032         TMPCR3() = ((tPAddr)gInitialPML4 - KERNEL_BASE) | 3;
1033         INVLPG_ALL();
1034
1035         // #2 Scan for a free stack addresss < 2^47
1036         for(ret = 0x100000; ret < (1ULL << 47); ret += KERNEL_STACK_SIZE)
1037         {
1038                 tPAddr  *ptr;
1039                 if( MM_GetPageEntryPtr(ret, 1, 0, 0, &ptr) <= 0 )       break;
1040                 if( !(*ptr & 1) )       break;
1041         }
1042         if( ret >= (1ULL << 47) ) {
1043                 Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
1044                 return 0;
1045         }
1046
1047         // #3 Map all save the last page in the range
1048         //  - This acts as as guard page
1049         MM_GetPageEntryPtr(ret, 1, 1, 0, NULL); // Make sure tree is allocated
1050         for( i = 0; i < KERNEL_STACK_SIZE/0x1000 - 1; i ++ )
1051         {
1052                 phys = MM_AllocPhys();
1053                 if(!phys) {
1054                         // TODO: Clean up
1055                         Log_Error("MM", "MM_NewWorkerStack - Unable to allocate page");
1056                         return 0;
1057                 }
1058                 MM_MapEx(ret + i*0x1000, phys, 1, 0);
1059                 MM_SetFlags(ret + i*0x1000, MM_PFLAG_KERNEL|MM_PFLAG_RO, MM_PFLAG_KERNEL);
1060         }
1061
1062         // Copy data
1063         if( StackSize > 0x1000 ) {
1064                 Log_Error("MM", "MM_NewWorkerStack: StackSize(0x%x) > 0x1000, cbf handling", StackSize);
1065         }
1066         else {
1067                 tVAddr  tmp_addr, dest;
1068                 tmp_addr = MM_MapTemp(phys);
1069                 dest = tmp_addr + (0x1000 - StackSize);
1070                 memcpy( (void*)dest, StackData, StackSize );
1071                 Log_Debug("MM", "MM_NewWorkerStack: %p->%p %i bytes (i=%i)", StackData, dest, StackSize, i);
1072                 Log_Debug("MM", "MM_NewWorkerStack: ret = %p", ret);
1073                 MM_FreeTemp(tmp_addr);
1074         }
1075
1076         TMPCR3() = 0;
1077         Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
1078
1079         return ret + i*0x1000;
1080 }
1081
1082 /**
1083  * \brief Allocate a new kernel stack
1084  */
1085 tVAddr MM_NewKStack(void)
1086 {
1087         tVAddr  base = MM_KSTACK_BASE;
1088         Uint    i;
1089         for( ; base < MM_KSTACK_TOP; base += KERNEL_STACK_SIZE )
1090         {
1091                 if(MM_GetPhysAddr(base+KERNEL_STACK_SIZE-0x1000) != 0)
1092                         continue;
1093
1094                 //Log("MM_NewKStack: Found one at %p", base + KERNEL_STACK_SIZE);
1095                 for( i = 0x1000; i < KERNEL_STACK_SIZE; i += 0x1000)
1096                 {
1097                         if( !MM_Allocate(base+i) )
1098                         {
1099                                 Log_Warning("MM", "MM_NewKStack - Allocation failed");
1100                                 for( i -= 0x1000; i; i -= 0x1000)
1101                                         MM_Deallocate(base+i);
1102                                 return 0;
1103                         }
1104                 }
1105
1106                 return base + KERNEL_STACK_SIZE;
1107         }
1108         Log_Warning("MM", "MM_NewKStack - No address space left\n");
1109         return 0;
1110 }