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