Kernel/arch/x86_64/mm_virt.c

   1 /*
   2  * Acess2 x86_64 Port
   3  *
   4  * Virtual Memory Manager
   5  */
   6 #define DEBUG   0
   7 #include <acess.h>
   8 #include <mm_virt.h>
   9 #include <threads_int.h>
  10 #include <proc.h>
  11
  12 // === CONSTANTS ===
  13 #define PHYS_BITS       52      // TODO: Move out
  14 #define VIRT_BITS       48
  15
  16 #define PML4_SHIFT      39
  17 #define PDP_SHIFT       30
  18 #define PDIR_SHIFT      21
  19 #define PTAB_SHIFT      12
  20
  21 #define PADDR_MASK      0x7FFFFFFF##FFFFF000
  22 #define PAGE_MASK       ((1LL << 36)-1)
  23 #define TABLE_MASK      ((1LL << 27)-1)
  24 #define PDP_MASK        ((1LL << 18)-1)
  25 #define PML4_MASK       ((1LL << 9)-1)
  26
  27 #define PF_PRESENT      0x001
  28 #define PF_WRITE        0x002
  29 #define PF_USER         0x004
  30 #define PF_LARGE        0x080
  31 #define PF_GLOBAL       0x100
  32 #define PF_COW          0x200
  33 #define PF_PAGED        0x400
  34 #define PF_NX           0x80000000##00000000
  35
  36 // === MACROS ===
  37 #define PAGETABLE(idx)  (*((Uint64*)MM_FRACTAL_BASE+((idx)&PAGE_MASK)))
  38 #define PAGEDIR(idx)    PAGETABLE((MM_FRACTAL_BASE>>12)+((idx)&TABLE_MASK))
  39 #define PAGEDIRPTR(idx) PAGEDIR((MM_FRACTAL_BASE>>21)+((idx)&PDP_MASK))
  40 #define PAGEMAPLVL4(idx)        PAGEDIRPTR((MM_FRACTAL_BASE>>30)+((idx)&PML4_MASK))
  41
  42 #define TMPCR3()        PAGEMAPLVL4(MM_TMPFRAC_BASE>>39)
  43 #define TMPTABLE(idx)   (*((Uint64*)MM_TMPFRAC_BASE+((idx)&PAGE_MASK)))
  44 #define TMPDIR(idx)     PAGETABLE((MM_TMPFRAC_BASE>>12)+((idx)&TABLE_MASK))
  45 #define TMPDIRPTR(idx)  PAGEDIR((MM_TMPFRAC_BASE>>21)+((idx)&PDP_MASK))
  46 #define TMPMAPLVL4(idx) PAGEDIRPTR((MM_TMPFRAC_BASE>>30)+((idx)&PML4_MASK))
  47
  48 #define INVLPG(__addr)  __asm__ __volatile__ ("invlpg (%0)"::"r"(__addr))
  49 #define INVLPG_ALL()    __asm__ __volatile__ ("mov %cr3,%rax;\n\tmov %rax,%cr3;")
  50 #define INVLPG_GLOBAL() __asm__ __volatile__ ("mov %cr4,%rax;\n\txorl $0x80, %eax;\n\tmov %rax,%cr4;\n\txorl $0x80, %eax;\n\tmov %rax,%cr4")
  51
  52 // === CONSTS ===
  53 //tPAddr        * const gaPageTable = MM_FRACTAL_BASE;
  54
  55 // === IMPORTS ===
  56 extern void     Error_Backtrace(Uint IP, Uint BP);
  57 extern tPAddr   gInitialPML4[512];
  58 extern void     Threads_SegFault(tVAddr Addr);
  59 extern char     _UsertextBase[];
  60
  61 // === PROTOTYPES ===
  62 void    MM_InitVirt(void);
  63 //void  MM_FinishVirtualInit(void);
  64 void    MM_int_ClonePageEnt( Uint64 *Ent, void *NextLevel, tVAddr Addr, int bTable );
  65  int    MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs);
  66 void    MM_int_DumpTablesEnt(tVAddr RangeStart, size_t Length, tPAddr Expected);
  67 void    MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End);
  68  int    MM_GetPageEntryPtr(tVAddr Addr, BOOL bTemp, BOOL bAllocate, BOOL bLargePage, tPAddr **Pointer);
  69  int    MM_MapEx(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr, BOOL bTemp, BOOL bLarge);
  70 // int  MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr);
  71 void    MM_Unmap(tVAddr VAddr);
  72 void    MM_int_ClearTableLevel(tVAddr VAddr, int LevelBits, int MaxEnts);
  73 void    MM_ClearUser(void);
  74  int    MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags);
  75
  76 // === GLOBALS ===
  77 tMutex  glMM_TempFractalLock;
  78 tPAddr  gMM_ZeroPage;
  79
  80 // === CODE ===
  81 void MM_InitVirt(void)
  82 {
  83 //      Log_Debug("MMVirt", "&PAGEMAPLVL4(0) = %p", &PAGEMAPLVL4(0));
  84 //      MM_DumpTables(0, -1L);
  85 }
  86
  87 void MM_FinishVirtualInit(void)
  88 {
  89         PAGEMAPLVL4(0) = 0;
  90 }
  91
  92 /**
  93  * \brief Clone a page from an entry
  94  * \param Ent   Pointer to the entry in the PML4/PDP/PD/PT
  95  * \param NextLevel     Pointer to contents of the entry
  96  * \param Addr  Dest address
  97  * \note Used in COW
  98  */
  99 void MM_int_ClonePageEnt( Uint64 *Ent, void *NextLevel, tVAddr Addr, int bTable )
 100 {
 101         tPAddr  curpage = *Ent & PADDR_MASK;
 102         if( MM_GetRefCount( curpage ) <= 0 ) {
 103                 Log_KernelPanic("MMVirt", "Page %P still marked COW, but unreferenced", curpage);
 104         }
 105         if( MM_GetRefCount( curpage ) == 1 )
 106         {
 107                 *Ent &= ~PF_COW;
 108                 *Ent |= PF_PRESENT|PF_WRITE;
 109 //              Log_Debug("MMVirt", "COW ent at %p (%p) only %P", Ent, NextLevel, curpage);
 110         }
 111         else
 112         {
 113                 void    *tmp;
 114                 tPAddr  paddr;
 115
 116                 if( !(paddr = MM_AllocPhys()) ) {
 117                         Threads_SegFault(Addr);
 118                         return ;
 119                 }
 120
 121                 ASSERT(paddr != curpage);
 122
 123                 tmp = (void*)MM_MapTemp(paddr);
 124                 memcpy( tmp, NextLevel, 0x1000 );
 125                 MM_FreeTemp( (tVAddr)tmp );
 126
 127 //              Log_Debug("MMVirt", "COW ent at %p (%p) from %P to %P", Ent, NextLevel, curpage, paddr);
 128
 129                 MM_DerefPhys( curpage );
 130                 *Ent &= PF_USER;
 131                 *Ent |= paddr|PF_PRESENT|PF_WRITE;
 132         }
 133         INVLPG( (tVAddr)NextLevel );
 134
 135         // Mark COW on pages
 136         if(bTable)
 137         {
 138                 Uint64  *dp = NextLevel;
 139                  int    i;
 140                 for( i = 0; i < 512; i ++ )
 141                 {
 142                         if( !(dp[i] & PF_PRESENT) )     continue;
 143                         MM_RefPhys( dp[i] & PADDR_MASK );
 144                         if( dp[i] & PF_WRITE ) {
 145                                 dp[i] &= ~PF_WRITE;
 146                                 dp[i] |= PF_COW;
 147                         }
 148                 }
 149         }
 150 }
 151
 152 /*
 153  * \brief Called on a page fault
 154  */
 155 int MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs)
 156 {
 157         // TODO: Implement Copy-on-Write
 158         #if 1
 159         if( PAGEMAPLVL4(Addr>>39) & PF_PRESENT
 160          && PAGEDIRPTR (Addr>>30) & PF_PRESENT
 161          && PAGEDIR    (Addr>>21) & PF_PRESENT
 162          && PAGETABLE  (Addr>>12) & PF_PRESENT )
 163         {
 164                 // PML4 Entry
 165                 if( PAGEMAPLVL4(Addr>>39) & PF_COW )
 166                 {
 167                         tPAddr  *dp = &PAGEDIRPTR((Addr>>39)*512);
 168                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGEMAPLVL4(Addr>>39), dp, Addr, 1 );
 169 //                      MM_DumpTables(Addr>>39 << 39, (((Addr>>39) + 1) << 39) - 1);
 170                 }
 171                 // PDP Entry
 172                 if( PAGEDIRPTR(Addr>>30) & PF_COW )
 173                 {
 174                         tPAddr  *dp = &PAGEDIR( (Addr>>30)*512 );
 175                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGEDIRPTR(Addr>>30), dp, Addr, 1 );
 176 //                      MM_DumpTables(Addr>>30 << 30, (((Addr>>30) + 1) << 30) - 1);
 177                 }
 178                 // PD Entry
 179                 if( PAGEDIR(Addr>>21) & PF_COW )
 180                 {
 181                         tPAddr  *dp = &PAGETABLE( (Addr>>21)*512 );
 182                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGEDIR(Addr>>21), dp, Addr, 1 );
 183 //                      MM_DumpTables(Addr>>21 << 21, (((Addr>>21) + 1) << 21) - 1);
 184                 }
 185                 // PT Entry
 186                 if( PAGETABLE(Addr>>12) & PF_COW )
 187                 {
 188                         MM_int_ClonePageEnt( &PAGETABLE(Addr>>12), (void*)(Addr & ~0xFFF), Addr, 0 );
 189                         INVLPG( Addr & ~0xFFF );
 190                         return 0;
 191                 }
 192         }
 193         #endif
 194
 195         // If it was a user, tell the thread handler
 196         if(ErrorCode & 4) {
 197                 Warning("User %s %s memory%s",
 198                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 199                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 200                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 201                         );
 202                 Warning("User Pagefault: Instruction at %04x:%p accessed %p",
 203                         Regs->CS, Regs->RIP, Addr);
 204                 __asm__ __volatile__ ("sti");   // Restart IRQs
 205                 Threads_SegFault(Addr);
 206                 return 0;
 207         }
 208
 209         // Kernel #PF
 210         Debug_KernelPanic();
 211         // -- Check Error Code --
 212         if(ErrorCode & 8)
 213                 Warning("Reserved Bits Trashed!");
 214         else
 215         {
 216                 Warning("Kernel %s %s memory%s",
 217                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 218                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 219                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 220                         );
 221         }
 222
 223         Log("Thread %i - Code at %p accessed %p", Threads_GetTID(), Regs->RIP, Addr);
 224         // Print Stack Backtrace
 225         Error_Backtrace(Regs->RIP, Regs->RBP);
 226
 227         MM_DumpTables(0, -1);
 228
 229         return 1;
 230 }
 231
 232 void MM_int_DumpTablesEnt(tVAddr RangeStart, size_t Length, tPAddr Expected)
 233 {
 234         #define CANOICAL(addr)  ((addr)&0x800000000000?(addr)|0xFFFF000000000000:(addr))
 235         LogF("%016llx => ", CANOICAL(RangeStart));
 236 //      LogF("%6llx %6llx %6llx %016llx => ",
 237 //              MM_GetPhysAddr( (tVAddr)&PAGEDIRPTR(RangeStart>>30) ),
 238 //              MM_GetPhysAddr( (tVAddr)&PAGEDIR(RangeStart>>21) ),
 239 //              MM_GetPhysAddr( (tVAddr)&PAGETABLE(RangeStart>>12) ),
 240 //              CANOICAL(RangeStart)
 241 //              );
 242         if( gMM_ZeroPage && (PAGETABLE(RangeStart>>12) & PADDR_MASK) == gMM_ZeroPage )
 243                 LogF("%13s", "zero" );
 244         else
 245                 LogF("%13llx", PAGETABLE(RangeStart>>12) & PADDR_MASK );
 246         LogF(" : 0x%6llx (%c%c%c%c)\r\n",
 247                 Length,
 248                 (Expected & PF_PAGED ? 'p' : '-'),
 249                 (Expected & PF_COW ? 'C' : '-'),
 250                 (Expected & PF_USER ? 'U' : '-'),
 251                 (Expected & PF_WRITE ? 'W' : '-')
 252                 );
 253         #undef CANOICAL
 254 }
 255
 256 /**
 257  * \brief Dumps the layout of the page tables
 258  */
 259 void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
 260 {
 261         const tPAddr    CHANGEABLE_BITS = ~(PF_PRESENT|PF_WRITE|PF_USER|PF_COW|PF_PAGED) & 0xFFF;
 262         const tPAddr    MASK = ~CHANGEABLE_BITS;        // Physical address and access bits
 263         tVAddr  rangeStart = 0;
 264         tPAddr  expected = CHANGEABLE_BITS;     // CHANGEABLE_BITS is used because it's not a vaild value
 265         tVAddr  curPos;
 266         Uint    page;
 267
 268         Log("Table Entries: (%p to %p)", Start, End);
 269
 270         End &= (1L << 48) - 1;
 271
 272         Start >>= 12;   End >>= 12;
 273
 274         for(page = Start, curPos = Start<<12;
 275                 page < End;
 276                 curPos += 0x1000, page++)
 277         {
 278                 //Debug("&PAGEMAPLVL4(%i page>>27) = %p", page>>27, &PAGEMAPLVL4(page>>27));
 279                 //Debug("&PAGEDIRPTR(%i page>>18) = %p", page>>18, &PAGEDIRPTR(page>>18));
 280                 //Debug("&PAGEDIR(%i page>>9) = %p", page>>9, &PAGEDIR(page>>9));
 281                 //Debug("&PAGETABLE(%i page) = %p", page, &PAGETABLE(page));
 282
 283                 // End of a range
 284                 if(!(PAGEMAPLVL4(page>>27) & PF_PRESENT)
 285                 || !(PAGEDIRPTR(page>>18) & PF_PRESENT)
 286                 || !(PAGEDIR(page>>9) & PF_PRESENT)
 287                 || !(PAGETABLE(page) & PF_PRESENT)
 288                 || (PAGETABLE(page) & MASK) != expected)
 289                 {
 290                         if(expected != CHANGEABLE_BITS)
 291                         {
 292                                 MM_int_DumpTablesEnt( rangeStart, curPos - rangeStart, expected );
 293                                 expected = CHANGEABLE_BITS;
 294                         }
 295
 296                         if( curPos == 0x800000000000L )
 297                                 curPos = 0xFFFF800000000000L;
 298
 299                         if( !(PAGEMAPLVL4(page>>27) & PF_PRESENT) ) {
 300                                 page += (1 << 27) - 1;
 301                                 curPos += (1L << 39) - 0x1000;
 302                                 continue;
 303                         }
 304                         if( !(PAGEDIRPTR(page>>18) & PF_PRESENT) ) {
 305                                 page += (1 << 18) - 1;
 306                                 curPos += (1L << 30) - 0x1000;
 307                                 continue;
 308                         }
 309                         if( !(PAGEDIR(page>>9) & PF_PRESENT) ) {
 310                                 page += (1 << 9) - 1;
 311                                 curPos += (1L << 21) - 0x1000;
 312                                 continue;
 313                         }
 314                         if( !(PAGETABLE(page) & PF_PRESENT) )   continue;
 315
 316                         expected = (PAGETABLE(page) & MASK);
 317                         rangeStart = curPos;
 318                 }
 319                 if(gMM_ZeroPage && (expected & PADDR_MASK) == gMM_ZeroPage )
 320                         expected = expected;
 321                 else if(expected != CHANGEABLE_BITS)
 322                         expected += 0x1000;
 323         }
 324
 325         if(expected != CHANGEABLE_BITS) {
 326                 MM_int_DumpTablesEnt( rangeStart, curPos - rangeStart, expected );
 327                 expected = 0;
 328         }
 329 }
 330
 331 /**
 332  * \brief Get a pointer to a page entry
 333  * \param Addr  Virtual Address
 334  * \param bTemp Use the Temporary fractal mapping
 335  * \param bAllocate     Allocate entries
 336  * \param bLargePage    Request a large page
 337  * \param Pointer       Location to place the calculated pointer
 338  * \return Page size, or -ve on error
 339  */
 340 int MM_GetPageEntryPtr(tVAddr Addr, BOOL bTemp, BOOL bAllocate, BOOL bLargePage, tPAddr **Pointer)
 341 {
 342         tPAddr  *pmlevels[4];
 343         tPAddr  tmp;
 344          int    i, size;
 345
 346         #define BITMASK(bits)   ( (1LL << (bits))-1 )
 347
 348         if( bTemp )
 349         {
 350                 pmlevels[3] = &TMPTABLE(0);     // Page Table
 351                 pmlevels[2] = &TMPDIR(0);       // PDIR
 352                 pmlevels[1] = &TMPDIRPTR(0);    // PDPT
 353                 pmlevels[0] = &TMPMAPLVL4(0);   // PML4
 354         }
 355         else
 356         {
 357                 pmlevels[3] = (void*)MM_FRACTAL_BASE;   // Page Table
 358                 pmlevels[2] = &pmlevels[3][(MM_FRACTAL_BASE>>12)&BITMASK(VIRT_BITS-12)];        // PDIR
 359                 pmlevels[1] = &pmlevels[2][(MM_FRACTAL_BASE>>21)&BITMASK(VIRT_BITS-21)];        // PDPT
 360                 pmlevels[0] = &pmlevels[1][(MM_FRACTAL_BASE>>30)&BITMASK(VIRT_BITS-30)];        // PML4
 361         }
 362
 363         // Mask address
 364         Addr &= (1ULL << 48)-1;
 365
 366         for( size = 39, i = 0; size > 12; size -= 9, i ++ )
 367         {
 368                 Uint64  *ent = &pmlevels[i][Addr >> size];
 369 //              INVLPG( &pmlevels[i][ (Addr >> ADDR_SIZES[i]) &
 370
 371                 // Check for a free large page slot
 372                 // TODO: Better support with selectable levels
 373                 if( (Addr & ((1ULL << size)-1)) == 0 && bLargePage )
 374                 {
 375                         if(Pointer)     *Pointer = ent;
 376                         return size;
 377                 }
 378                 // Allocate an entry if required
 379                 if( !(*ent & PF_PRESENT) )
 380                 {
 381                         if( !bAllocate )        return -4;      // If allocation is not requested, error
 382                         if( !(tmp = MM_AllocPhys()) )   return -2;
 383                         *ent = tmp | 3;
 384                         if( Addr < 0x800000000000 )
 385                                 *ent |= PF_USER;
 386                         INVLPG( &pmlevels[i+1][ (Addr>>size)*512 ] );
 387                         memset( &pmlevels[i+1][ (Addr>>size)*512 ], 0, 0x1000 );
 388                         LOG("Init PML%i ent 0x%x %p with %P", 4 - i,
 389                                 Addr>>size, (Addr>>size) << size, tmp);
 390                 }
 391                 // Catch large pages
 392                 else if( *ent & PF_LARGE )
 393                 {
 394                         // Alignment
 395                         if( (Addr & ((1ULL << size)-1)) != 0 )  return -3;
 396                         if(Pointer)     *Pointer = ent;
 397                         return size;    // Large page warning
 398                 }
 399         }
 400
 401         // And, set the page table entry
 402         if(Pointer)     *Pointer = &pmlevels[i][Addr >> size];
 403         return size;
 404 }
 405
 406 /**
 407  * \brief Map a physical page to a virtual one
 408  * \param VAddr Target virtual address
 409  * \param PAddr Physical address of page
 410  * \param bTemp Use tempoary mappings
 411  * \param bLarge        Treat as a large page
 412  */
 413 int MM_MapEx(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr, BOOL bTemp, BOOL bLarge)
 414 {
 415         tPAddr  *ent;
 416          int    rv;
 417
 418         ENTER("pVAddr PPAddr", VAddr, PAddr);
 419
 420         // Get page pointer (Allow allocating)
 421         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, bTemp, 1, bLarge, &ent);
 422         if(rv < 0)      LEAVE_RET('i', 0);
 423
 424         if( *ent & 1 )  LEAVE_RET('i', 0);
 425
 426         *ent = PAddr | 3;
 427
 428         if( VAddr < 0x800000000000 )
 429                 *ent |= PF_USER;
 430
 431         INVLPG( VAddr );
 432
 433         LEAVE('i', 1);
 434         return 1;
 435 }
 436
 437 /**
 438  * \brief Map a physical page to a virtual one
 439  * \param VAddr Target virtual address
 440  * \param PAddr Physical address of page
 441  */
 442 int MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr)
 443 {
 444         return MM_MapEx(VAddr, PAddr, 0, 0);
 445 }
 446
 447 /**
 448  * \brief Removed a mapped page
 449  */
 450 void MM_Unmap(tVAddr VAddr)
 451 {
 452         // Check PML4
 453         if( !(PAGEMAPLVL4(VAddr >> 39) & 1) )   return ;
 454         // Check PDP
 455         if( !(PAGEDIRPTR(VAddr >> 30) & 1) )    return ;
 456         // Check Page Dir
 457         if( !(PAGEDIR(VAddr >> 21) & 1) )       return ;
 458
 459         PAGETABLE(VAddr >> PTAB_SHIFT) = 0;
 460         INVLPG( VAddr );
 461 }
 462
 463 /**
 464  * \brief Allocate a block of memory at the specified virtual address
 465  */
 466 tPAddr MM_Allocate(tVAddr VAddr)
 467 {
 468         tPAddr  ret;
 469
 470         ENTER("xVAddr", VAddr);
 471
 472         // Ensure the tables are allocated before the page (keeps things neat)
 473         MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 1, 0, NULL);
 474
 475         // Allocate the page
 476         ret = MM_AllocPhys();
 477         LOG("ret = %x", ret);
 478         if(!ret)        LEAVE_RET('i', 0);
 479
 480         if( !MM_Map(VAddr, ret) )
 481         {
 482                 Warning("MM_Allocate: Unable to map. Strange, we should have errored earlier");
 483                 MM_DerefPhys(ret);
 484                 LEAVE('i');
 485                 return 0;
 486         }
 487
 488         LEAVE('X', ret);
 489         return ret;
 490 }
 491
 492 tPAddr MM_AllocateZero(tVAddr VAddr)
 493 {
 494         tPAddr  ret = gMM_ZeroPage;
 495
 496         MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 1, 0, NULL);
 497
 498         if(!gMM_ZeroPage) {
 499                 ret = gMM_ZeroPage = MM_AllocPhys();
 500                 MM_RefPhys(ret);        // Don't free this please
 501                 MM_Map(VAddr, ret);
 502                 memset((void*)VAddr, 0, 0x1000);
 503         }
 504         else {
 505                 MM_Map(VAddr, ret);
 506         }
 507         MM_RefPhys(ret);        // Refernce for this map
 508         MM_SetFlags(VAddr, MM_PFLAG_COW, MM_PFLAG_COW);
 509         return ret;
 510 }
 511
 512 /**
 513  * \brief Deallocate a page at a virtual address
 514  */
 515 void MM_Deallocate(tVAddr VAddr)
 516 {
 517         tPAddr  phys;
 518
 519         phys = MM_GetPhysAddr(VAddr);
 520         if(!phys)       return ;
 521
 522         MM_Unmap(VAddr);
 523
 524         MM_DerefPhys(phys);
 525 }
 526
 527 /**
 528  * \brief Get the page table entry of a virtual address
 529  * \param Addr  Virtual Address
 530  * \param Phys  Location to put the physical address
 531  * \param Flags Flags on the entry (set to zero if unmapped)
 532  * \return Size of the entry (in address bits) - 12 = 4KiB page
 533  */
 534 int MM_GetPageEntry(tVAddr Addr, tPAddr *Phys, Uint *Flags)
 535 {
 536         tPAddr  *ptr;
 537          int    ret;
 538
 539         if(!Phys || !Flags)     return 0;
 540
 541         ret = MM_GetPageEntryPtr(Addr, 0, 0, 0, &ptr);
 542         if( ret < 0 )   return 0;
 543
 544         *Phys = *ptr & PADDR_MASK;
 545         *Flags = *ptr & 0xFFF;
 546         return ret;
 547 }
 548
 549 /**
 550  * \brief Get the physical address of a virtual location
 551  */
 552 tPAddr MM_GetPhysAddr(tVAddr Addr)
 553 {
 554         tPAddr  *ptr;
 555          int    ret;
 556
 557         ret = MM_GetPageEntryPtr(Addr, 0, 0, 0, &ptr);
 558         if( ret < 0 )   return 0;
 559
 560         if( !(*ptr & 1) )       return 0;
 561
 562         return (*ptr & PADDR_MASK) | (Addr & 0xFFF);
 563 }
 564
 565 /**
 566  * \brief Sets the flags on a page
 567  */
 568 void MM_SetFlags(tVAddr VAddr, Uint Flags, Uint Mask)
 569 {
 570         tPAddr  *ent;
 571          int    rv;
 572
 573         // Get pointer
 574         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 0, 0, &ent);
 575         if(rv < 0)      return ;
 576
 577         // Ensure the entry is valid
 578         if( !(*ent & 1) )       return ;
 579
 580         // Read-Only
 581         if( Mask & MM_PFLAG_RO )
 582         {
 583                 if( Flags & MM_PFLAG_RO ) {
 584                         *ent &= ~PF_WRITE;
 585                 }
 586                 else {
 587                         *ent |= PF_WRITE;
 588                 }
 589         }
 590
 591         // Kernel
 592         if( Mask & MM_PFLAG_KERNEL )
 593         {
 594                 if( Flags & MM_PFLAG_KERNEL ) {
 595                         *ent &= ~PF_USER;
 596                 }
 597                 else {
 598                         *ent |= PF_USER;
 599                 }
 600         }
 601
 602         // Copy-On-Write
 603         if( Mask & MM_PFLAG_COW )
 604         {
 605                 if( Flags & MM_PFLAG_COW ) {
 606                         *ent &= ~PF_WRITE;
 607                         *ent |= PF_COW;
 608                 }
 609                 else {
 610                         *ent &= ~PF_COW;
 611                         *ent |= PF_WRITE;
 612                 }
 613         }
 614
 615         // Execute
 616         if( Mask & MM_PFLAG_EXEC )
 617         {
 618                 if( Flags & MM_PFLAG_EXEC ) {
 619                         *ent &= ~PF_NX;
 620                 }
 621                 else {
 622                         *ent |= PF_NX;
 623                 }
 624         }
 625 }
 626
 627 /**
 628  * \brief Get the flags applied to a page
 629  */
 630 Uint MM_GetFlags(tVAddr VAddr)
 631 {
 632         tPAddr  *ent;
 633          int    rv, ret = 0;
 634
 635         rv = MM_GetPageEntryPtr(VAddr, 0, 0, 0, &ent);
 636         if(rv < 0)      return 0;
 637
 638         if( !(*ent & 1) )       return 0;
 639
 640         // Read-Only
 641         if( !(*ent & PF_WRITE) )        ret |= MM_PFLAG_RO;
 642         // Kernel
 643         if( !(*ent & PF_USER) ) ret |= MM_PFLAG_KERNEL;
 644         // Copy-On-Write
 645         if( *ent & PF_COW )     ret |= MM_PFLAG_COW;
 646         // Execute
 647         if( !(*ent & PF_NX) )   ret |= MM_PFLAG_EXEC;
 648
 649         return ret;
 650 }
 651
 652 // --- Hardware Mappings ---
 653 /**
 654  * \brief Map a range of hardware pages
 655  */
 656 tVAddr MM_MapHWPages(tPAddr PAddr, Uint Number)
 657 {
 658         tVAddr  ret;
 659          int    num;
 660
 661         //TODO: Add speedups (memory of first possible free)
 662         for( ret = MM_HWMAP_BASE; ret < MM_HWMAP_TOP; ret += 0x1000 )
 663         {
 664                 for( num = Number; num -- && ret < MM_HWMAP_TOP; ret += 0x1000 )
 665                 {
 666                         if( MM_GetPhysAddr(ret) != 0 )  break;
 667                 }
 668                 if( num >= 0 )  continue;
 669
 670 //              Log_Debug("MMVirt", "Mapping %i pages to %p (base %P)", Number, ret-Number*0x1000, PAddr);
 671
 672                 PAddr += 0x1000 * Number;
 673
 674                 while( Number -- )
 675                 {
 676                         ret -= 0x1000;
 677                         PAddr -= 0x1000;
 678                         MM_Map(ret, PAddr);
 679                         MM_RefPhys(PAddr);
 680                 }
 681
 682                 return ret;
 683         }
 684
 685         Log_Error("MM", "MM_MapHWPages - No space for %i pages", Number);
 686         return 0;
 687 }
 688
 689 /**
 690  * \brief Free a range of hardware pages
 691  */
 692 void MM_UnmapHWPages(tVAddr VAddr, Uint Number)
 693 {
 694 //      Log_KernelPanic("MM", "TODO: Implement MM_UnmapHWPages");
 695         while( Number -- )
 696         {
 697                 MM_DerefPhys( MM_GetPhysAddr(VAddr) );
 698                 MM_Unmap(VAddr);
 699                 VAddr += 0x1000;
 700         }
 701 }
 702
 703
 704 /**
 705  * \fn tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
 706  * \brief Allocates DMA physical memory
 707  * \param Pages Number of pages required
 708  * \param MaxBits       Maximum number of bits the physical address can have
 709  * \param PhysAddr      Pointer to the location to place the physical address allocated
 710  * \return Virtual address allocate
 711  */
 712 tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
 713 {
 714         tPAddr  phys;
 715         tVAddr  ret;
 716
 717         // Sanity Check
 718         if(MaxBits < 12 || !PhysAddr)   return 0;
 719
 720         // Fast Allocate
 721         if(Pages == 1 && MaxBits >= PHYS_BITS)
 722         {
 723                 phys = MM_AllocPhys();
 724                 *PhysAddr = phys;
 725                 ret = MM_MapHWPages(phys, 1);
 726                 MM_DerefPhys(phys);
 727                 return ret;
 728         }
 729
 730         // Slow Allocate
 731         phys = MM_AllocPhysRange(Pages, MaxBits);
 732         // - Was it allocated?
 733         if(phys == 0)   return 0;
 734
 735         // Allocated successfully, now map
 736         ret = MM_MapHWPages(phys, Pages);
 737         // MapHWPages references the pages, so deref them back down to 1
 738         for(;Pages--;phys+=0x1000)
 739                 MM_DerefPhys(phys);
 740         if( ret == 0 ) {
 741                 // If it didn't map, free then return 0
 742                 return 0;
 743         }
 744
 745         *PhysAddr = phys;
 746         return ret;
 747 }
 748
 749 // --- Tempory Mappings ---
 750 tVAddr MM_MapTemp(tPAddr PAddr)
 751 {
 752         const int max_slots = (MM_TMPMAP_END - MM_TMPMAP_BASE) / PAGE_SIZE;
 753         tVAddr  ret = MM_TMPMAP_BASE;
 754          int    i;
 755
 756         for( i = 0; i < max_slots; i ++, ret += PAGE_SIZE )
 757         {
 758                 tPAddr  *ent;
 759                 if( MM_GetPageEntryPtr( ret, 0, 1, 0, &ent) < 0 ) {
 760                         continue ;
 761                 }
 762
 763                 if( *ent & 1 )
 764                         continue ;
 765
 766                 *ent = PAddr | 3;
 767                 MM_RefPhys(PAddr);
 768                 INVLPG(ret);
 769                 return ret;
 770         }
 771         return 0;
 772 }
 773
 774 void MM_FreeTemp(tVAddr VAddr)
 775 {
 776         MM_Deallocate(VAddr);
 777         return ;
 778 }
 779
 780
 781 // --- Address Space Clone --
 782 tPAddr MM_Clone(void)
 783 {
 784         tPAddr  ret;
 785          int    i;
 786         tVAddr  kstackbase;
 787
 788         // #1 Create a copy of the PML4
 789         ret = MM_AllocPhys();
 790         if(!ret)        return 0;
 791
 792         // #2 Alter the fractal pointer
 793         Mutex_Acquire(&glMM_TempFractalLock);
 794         TMPCR3() = ret | 3;
 795         INVLPG_ALL();
 796
 797         // #3 Set Copy-On-Write to all user pages
 798         for( i = 0; i < 256; i ++)
 799         {
 800                 if( PAGEMAPLVL4(i) & PF_WRITE ) {
 801                         PAGEMAPLVL4(i) |= PF_COW;
 802                         PAGEMAPLVL4(i) &= ~PF_WRITE;
 803                 }
 804
 805                 TMPMAPLVL4(i) = PAGEMAPLVL4(i);
 806 //              Log_Debug("MM", "TMPMAPLVL4(%i) = 0x%016llx", i, TMPMAPLVL4(i));
 807                 if( !(TMPMAPLVL4(i) & PF_PRESENT) )     continue ;
 808
 809                 MM_RefPhys( TMPMAPLVL4(i) & PADDR_MASK );
 810         }
 811
 812         // #4 Map in kernel pages
 813         for( i = 256; i < 512; i ++ )
 814         {
 815                 // Skip addresses:
 816                 // 320 0xFFFFA....      - Kernel Stacks
 817                 if( i == 320 )  continue;
 818                 // 509 0xFFFFFE0..      - Fractal mapping
 819                 if( i == 508 )  continue;
 820                 // 510 0xFFFFFE8..      - Temp fractal mapping
 821                 if( i == 509 )  continue;
 822
 823                 TMPMAPLVL4(i) = PAGEMAPLVL4(i);
 824                 if( TMPMAPLVL4(i) & 1 )
 825                         MM_RefPhys( TMPMAPLVL4(i) & PADDR_MASK );
 826         }
 827
 828         // Mark Per-Process data as COW
 829         TMPMAPLVL4(MM_PPD_BASE>>39) |= PF_COW;
 830         TMPMAPLVL4(MM_PPD_BASE>>39) &= ~PF_WRITE;
 831
 832         // #5 Set fractal mapping
 833         TMPMAPLVL4(MM_FRACTAL_BASE>>39) = ret | 3;      // Main
 834         TMPMAPLVL4(MM_TMPFRAC_BASE>>39) = 0;    // Temp
 835
 836         // #6 Create kernel stack
 837         //  tThread->KernelStack is the top
 838         //  There is 1 guard page below the stack
 839         kstackbase = Proc_GetCurThread()->KernelStack - KERNEL_STACK_SIZE;
 840
 841         // Clone stack
 842         TMPMAPLVL4(MM_KSTACK_BASE >> PML4_SHIFT) = 0;
 843         for( i = 1; i < KERNEL_STACK_SIZE/0x1000; i ++ )
 844         {
 845                 tPAddr  phys = MM_AllocPhys();
 846                 tVAddr  tmpmapping;
 847                 MM_MapEx(kstackbase+i*0x1000, phys, 1, 0);
 848
 849                 tmpmapping = MM_MapTemp(phys);
 850                 if( MM_GetPhysAddr( kstackbase+i*0x1000 ) )
 851                         memcpy((void*)tmpmapping, (void*)(kstackbase+i*0x1000), 0x1000);
 852                 else
 853                         memset((void*)tmpmapping, 0, 0x1000);
 854 //              if( i == 0xF )
 855 //                      Debug_HexDump("MM_Clone: *tmpmapping = ", (void*)tmpmapping, 0x1000);
 856                 MM_FreeTemp(tmpmapping);
 857         }
 858
 859 //      MAGIC_BREAK();
 860
 861         // #7 Return
 862         TMPCR3() = 0;
 863         INVLPG_ALL();
 864         Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
 865 //      Log("MM_Clone: RETURN %P", ret);
 866         return ret;
 867 }
 868
 869 void MM_int_ClearTableLevel(tVAddr VAddr, int LevelBits, int MaxEnts)
 870 {
 871         Uint64  * const table_bases[] = {&PAGETABLE(0), &PAGEDIR(0), &PAGEDIRPTR(0), &PAGEMAPLVL4(0)};
 872         Uint64  *table = table_bases[(LevelBits-12)/9] + (VAddr >> LevelBits);
 873          int    i;
 874 //      Log("MM_int_ClearTableLevel: (VAddr=%p, LevelBits=%i, MaxEnts=%i)", VAddr, LevelBits, MaxEnts);
 875         for( i = 0; i < MaxEnts; i ++ )
 876         {
 877                 // Skip non-present tables
 878                 if( !(table[i] & PF_PRESENT) ) {
 879                         table[i] = 0;
 880                         continue ;
 881                 }
 882
 883                 if( (table[i] & PF_COW) && MM_GetRefCount(table[i] & PADDR_MASK) > 1 ) {
 884                         MM_DerefPhys(table[i] & PADDR_MASK);
 885                         table[i] = 0;
 886                         continue ;
 887                 }
 888                 // Clear table contents (if it is a table)
 889                 if( LevelBits > 12 )
 890                         MM_int_ClearTableLevel(VAddr + ((tVAddr)i << LevelBits), LevelBits-9, 512);
 891                 MM_DerefPhys(table[i] & PADDR_MASK);
 892                 table[i] = 0;
 893         }
 894 }
 895
 896 void MM_ClearUser(void)
 897 {
 898         MM_int_ClearTableLevel(0, 39, 256);
 899 }
 900
 901 tVAddr MM_NewWorkerStack(void *StackData, size_t StackSize)
 902 {
 903         tVAddr  ret;
 904          int    i;
 905
 906         // #1 Set temp fractal to PID0
 907         Mutex_Acquire(&glMM_TempFractalLock);
 908         TMPCR3() = ((tPAddr)gInitialPML4 - KERNEL_BASE) | 3;
 909
 910         // #2 Scan for a free stack addresss < 2^47
 911         for(ret = 0x100000; ret < (1ULL << 47); ret += KERNEL_STACK_SIZE)
 912         {
 913                 tPAddr  *ptr;
 914                 if( MM_GetPageEntryPtr(ret, 1, 0, 0, &ptr) <= 0 )       break;
 915                 if( !(*ptr & 1) )       break;
 916         }
 917         if( ret >= (1ULL << 47) ) {
 918                 Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
 919                 return 0;
 920         }
 921
 922         // #3 Map all save the last page in the range
 923         //    - This acts as as guard page, and doesn't cost us anything.
 924         for( i = 0; i < KERNEL_STACK_SIZE/0x1000 - 1; i ++ )
 925         {
 926                 tPAddr  phys = MM_AllocPhys();
 927                 if(!phys) {
 928                         // TODO: Clean up
 929                         Log_Error("MM", "MM_NewWorkerStack - Unable to allocate page");
 930                         return 0;
 931                 }
 932                 MM_MapEx(ret + i*0x1000, phys, 1, 0);
 933         }
 934
 935         if( StackSize > 0x1000 ) {
 936                 Log_Error("MM", "MM_NewWorkerStack: StackSize(0x%x) > 0x1000, cbf handling", StackSize);
 937         }
 938         else {
 939                 tPAddr  *ptr, paddr;
 940                 tVAddr  tmp_addr;
 941                 MM_GetPageEntryPtr(ret + i*0x1000, 1, 0, 0, &ptr);
 942                 paddr = *ptr & ~0xFFF;
 943                 tmp_addr = MM_MapTemp(paddr);
 944                 memcpy( (void*)(tmp_addr + (0x1000 - StackSize)), StackData, StackSize );
 945                 MM_FreeTemp(tmp_addr);
 946         }
 947
 948         Mutex_Release(&glMM_TempFractalLock);
 949
 950         return ret + i*0x1000;
 951 }
 952
 953 /**
 954  * \brief Allocate a new kernel stack
 955  */
 956 tVAddr MM_NewKStack(void)
 957 {
 958         tVAddr  base = MM_KSTACK_BASE;
 959         Uint    i;
 960         for( ; base < MM_KSTACK_TOP; base += KERNEL_STACK_SIZE )
 961         {
 962                 if(MM_GetPhysAddr(base+KERNEL_STACK_SIZE-0x1000) != 0)
 963                         continue;
 964
 965                 //Log("MM_NewKStack: Found one at %p", base + KERNEL_STACK_SIZE);
 966                 for( i = 0x1000; i < KERNEL_STACK_SIZE; i += 0x1000)
 967                 {
 968                         if( !MM_Allocate(base+i) )
 969                         {
 970                                 Log_Warning("MM", "MM_NewKStack - Allocation failed");
 971                                 for( i -= 0x1000; i; i -= 0x1000)
 972                                         MM_Deallocate(base+i);
 973                                 return 0;
 974                         }
 975                 }
 976
 977                 return base + KERNEL_STACK_SIZE;
 978         }
 979         Log_Warning("MM", "MM_NewKStack - No address space left\n");
 980         return 0;
 981 }