KernelLand/Kernel/arch/x86/mm_virt.c

   1 /*
   2  * AcessOS Microkernel Version
   3  * mm_virt.c
   4  *
   5  * Memory Map
   6  * 0xE0 - Kernel Base
   7  * 0xF0 - Kernel Stacks
   8  * 0xFD - Fractals
   9  * 0xFE - Unused
  10  * 0xFF - System Calls / Kernel's User Code
  11  */
  12 #define DEBUG   0
  13 #define SANITY  1
  14 #include <acess.h>
  15 #include <mm_virt.h>
  16 #include <mm_phys.h>
  17 #include <proc.h>
  18 #include <hal_proc.h>
  19 #include <arch_int.h>
  20 #include <semaphore.h>
  21
  22 #include "include/vmem_layout.h"
  23
  24 #define TRACE_MAPS      0
  25
  26 #define TAB     22
  27
  28 #define PF_PRESENT      0x1
  29 #define PF_WRITE        0x2
  30 #define PF_USER         0x4
  31 #define PF_GLOBAL       0x80
  32 #define PF_COW          0x200
  33 #define PF_NOPAGE       0x400
  34
  35 #define INVLPG(addr)    __asm__ __volatile__ ("invlpg (%0)"::"r"(addr))
  36
  37 #define GET_TEMP_MAPPING(cr3) do { \
  38         __ASM__("cli"); \
  39         __AtomicTestSetLoop( (Uint *)gpTmpCR3, cr3 | 3 ); \
  40 } while(0)
  41 #define REL_TEMP_MAPPING() do { \
  42         *gpTmpCR3 = 0; \
  43         __ASM__("sti"); \
  44 } while(0)
  45
  46 typedef Uint32  tTabEnt;
  47
  48 // === IMPORTS ===
  49 extern tPage    _UsertextEnd;
  50 extern tPage    _UsertextBase;
  51 extern tPage    gKernelEnd;     // defined as page aligned
  52 extern Uint32   gaInitPageDir[1024];
  53 extern Uint32   gaInitPageTable[1024];
  54 extern void     Threads_SegFault(tVAddr Addr);
  55
  56 // === PROTOTYPES ===
  57 void    MM_PreinitVirtual(void);
  58 void    MM_InstallVirtual(void);
  59 void    MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs);
  60 void    MM_DumpTables_Print(tVAddr Start, Uint32 Orig, size_t Size, void *Node);
  61 //void  MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End);
  62 //void  MM_ClearUser(void);
  63 tPAddr  MM_DuplicatePage(tVAddr VAddr);
  64
  65 // === GLOBALS ===
  66 #define gaPageTable     ((tTabEnt*)PAGE_TABLE_ADDR)
  67 #define gaPageDir       ((tTabEnt*)PAGE_DIR_ADDR)
  68 #define gaTmpTable      ((tTabEnt*)TMP_TABLE_ADDR)
  69 #define gaTmpDir        ((tTabEnt*)TMP_DIR_ADDR)
  70 #define gpPageCR3       ((tTabEnt*)PAGE_CR3_ADDR)
  71 #define gpTmpCR3        ((tTabEnt*)TMP_CR3_ADDR)
  72
  73 #define gaPAE_PageTable ((tTabEnt*)PAE_PAGE_TABLE_ADDR)
  74 #define gaPAE_PageDir   ((tTabEnt*)PAE_PAGE_DIR_ADDR)
  75 #define gaPAE_MainPDPT  ((tTabEnt*)PAE_PAGE_PDPT_ADDR)
  76 #define gaPAE_TmpTable  ((tTabEnt*)PAE_TMP_DIR_ADDR)
  77 #define gaPAE_TmpDir    ((tTabEnt*)PAE_TMP_DIR_ADDR)
  78 #define gaPAE_TmpPDPT   ((tTabEnt*)PAE_TMP_PDPT_ADDR)
  79  int    gbUsePAE = 0;
  80 tMutex  glTempMappings;
  81 tSemaphore      gTempMappingsSem;
  82 tMutex  glTempFractal;
  83 Uint32  gWorkerStacks[(NUM_WORKER_STACKS+31)/32];
  84  int    giLastUsedWorker = 0;
  85 struct sPageInfo {
  86         void    *Node;
  87         tVAddr  Base;
  88         Uint64  Offset;
  89          int    Length;
  90          int    Flags;
  91 }       *gaMappedRegions;       // sizeof = 24 bytes
  92 // - Zero page
  93 tShortSpinlock  glMM_ZeroPage;
  94 tPAddr  giMM_ZeroPage;
  95
  96 // === CODE ===
  97 /**
  98  * \fn void MM_PreinitVirtual(void)
  99  * \brief Maps the fractal mappings
 100  */
 101 void MM_PreinitVirtual(void)
 102 {
 103         gaInitPageDir[ PAGE_TABLE_ADDR >> 22 ] = ((tTabEnt)&gaInitPageDir - KERNEL_BASE) | 3;
 104         INVLPG( PAGE_TABLE_ADDR );
 105
 106         Semaphore_Init(&gTempMappingsSem, NUM_TEMP_PAGES, NUM_TEMP_PAGES, "MMVirt", "Temp Mappings");
 107 }
 108
 109 /**
 110  * \fn void MM_InstallVirtual(void)
 111  * \brief Sets up the constant page mappings
 112  */
 113 void MM_InstallVirtual(void)
 114 {
 115         // Don't bother referencing, as it'a in the kernel area
 116         //MM_RefPhys( gaInitPageDir[ PAGE_TABLE_ADDR >> 22 ] );
 117         // --- Pre-Allocate kernel tables
 118         for( int i = KERNEL_BASE>>22; i < 1024; i ++ )
 119         {
 120                 if( gaPageDir[ i ] ) {
 121                 //      MM_RefPhys( gaPageDir[ i ] & ~0xFFF );
 122                         continue;
 123                 }
 124                 // Skip stack tables, they are process unique
 125                 if( i > MM_KERNEL_STACKS >> 22 && i < MM_KERNEL_STACKS_END >> 22) {
 126                         gaPageDir[ i ] = 0;
 127                         continue;
 128                 }
 129                 // Preallocate table
 130                 gaPageDir[ i ] = MM_AllocPhys() | 3;
 131                 INVLPG( &gaPageTable[i*1024] );
 132                 memset( &gaPageTable[i*1024], 0, 0x1000 );
 133         }
 134
 135         // Unset kernel on the User Text pages
 136         ASSERT( ((tVAddr)&_UsertextBase & (PAGE_SIZE-1)) == 0 );
 137         //ASSERT( ((tVAddr)&_UsertextEnd & (PAGE_SIZE-1)) == 0 );
 138         for( tPage *page = &_UsertextBase; page < &_UsertextEnd; page ++ )
 139         {
 140                 MM_SetFlags( page, 0, MM_PFLAG_KERNEL );
 141         }
 142
 143         // Unmap the area between end of kernel image and the heap
 144         // DISABLED: Assumptions in main.c
 145         #if 0
 146         for( tPage *page = &gKernelEnd; page < (tPage*)(KERNEL_BASE+4*1024*1024); page ++ )
 147         {
 148                 gaPageTable[ (tVAddr)page / PAGE_SIZE ] = 0;
 149                 //MM_Deallocate(page);
 150         }
 151         #endif
 152
 153         *gpTmpCR3 = 0;
 154 }
 155
 156 /**
 157  * \brief Cleans up the SMP required mappings
 158  */
 159 void MM_FinishVirtualInit(void)
 160 {
 161         gaInitPageDir[ 0 ] = 0;
 162 }
 163
 164 /**
 165  * \fn void MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs)
 166  * \brief Called on a page fault
 167  */
 168 void MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs)
 169 {
 170         //ENTER("xAddr bErrorCode", Addr, ErrorCode);
 171
 172         // -- Check for COW --
 173         if( gaPageDir  [Addr>>22] & PF_PRESENT  && gaPageTable[Addr>>12] & PF_PRESENT
 174          && gaPageTable[Addr>>12] & PF_COW )
 175         {
 176                 tPAddr  paddr;
 177                 __asm__ __volatile__ ("sti");
 178                 if(MM_GetRefCount( gaPageTable[Addr>>12] & ~0xFFF ) == 1)
 179                 {
 180                         gaPageTable[Addr>>12] &= ~PF_COW;
 181                         gaPageTable[Addr>>12] |= PF_PRESENT|PF_WRITE;
 182                 }
 183                 else
 184                 {
 185                         //Log("MM_PageFault: COW - MM_DuplicatePage(0x%x)", Addr);
 186                         paddr = MM_DuplicatePage( Addr );
 187                         MM_DerefPhys( gaPageTable[Addr>>12] & ~0xFFF );
 188                         gaPageTable[Addr>>12] &= PF_USER;
 189                         gaPageTable[Addr>>12] |= paddr|PF_PRESENT|PF_WRITE;
 190                 }
 191
 192 //              Log_Debug("MMVirt", "COW for %p (%P)", Addr, gaPageTable[Addr>>12]);
 193
 194                 INVLPG( Addr & ~0xFFF );
 195                 return;
 196         }
 197
 198         // Disable instruction tracing
 199         __ASM__("pushf; andw $0xFEFF, 0(%esp); popf");
 200         Proc_GetCurThread()->bInstrTrace = 0;
 201
 202         // If it was a user, tell the thread handler
 203         if(ErrorCode & 4) {
 204                 __asm__ __volatile__ ("sti");
 205                 Log_Warning("MMVirt", "User %s %s memory%s",
 206                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 207                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 208                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 209                         );
 210                 Log_Warning("MMVirt", "Instruction %04x:%08x accessed %p", Regs->cs, Regs->eip, Addr);
 211                 __ASM__("sti"); // Restart IRQs
 212                 #if 1
 213                 Error_Backtrace(Regs->eip, Regs->ebp);
 214                 #endif
 215                 Threads_SegFault(Addr);
 216                 return ;
 217         }
 218
 219         Debug_KernelPanic();
 220
 221         // -- Check Error Code --
 222         if(ErrorCode & 8)
 223                 Warning("Reserved Bits Trashed!");
 224         else
 225         {
 226                 Warning("Kernel %s %s memory%s",
 227                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 228                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 229                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 230                         );
 231         }
 232
 233         Log("CPU %i - Code at %p accessed %p", GetCPUNum(), Regs->eip, Addr);
 234         // Print Stack Backtrace
 235         Error_Backtrace(Regs->eip, Regs->ebp);
 236
 237         #if 0
 238         Log("gaPageDir[0x%x] = 0x%x", Addr>>22, gaPageDir[Addr>>22]);
 239         if( gaPageDir[Addr>>22] & PF_PRESENT )
 240                 Log("gaPageTable[0x%x] = 0x%x", Addr>>12, gaPageTable[Addr>>12]);
 241         #endif
 242         //MM_DumpTables(0, -1);
 243
 244         // Register Dump
 245         Log("EAX %08x ECX %08x EDX %08x EBX %08x", Regs->eax, Regs->ecx, Regs->edx, Regs->ebx);
 246         Log("ESP %08x EBP %08x ESI %08x EDI %08x", Regs->esp, Regs->ebp, Regs->esi, Regs->edi);
 247         //Log("SS:ESP %04x:%08x", Regs->ss, Regs->esp);
 248         Log("CS:EIP %04x:%08x", Regs->cs, Regs->eip);
 249         Log("DS %04x ES %04x FS %04x GS %04x", Regs->ds, Regs->es, Regs->fs, Regs->gs);
 250         {
 251                 Uint    dr0, dr1;
 252                 __ASM__ ("mov %%dr0, %0":"=r"(dr0):);
 253                 __ASM__ ("mov %%dr1, %0":"=r"(dr1):);
 254                 Log("DR0 %08x DR1 %08x", dr0, dr1);
 255         }
 256
 257         Panic("Page Fault at 0x%x (Accessed 0x%x)", Regs->eip, Addr);
 258 }
 259
 260 void MM_DumpTables_Print(tVAddr Start, Uint32 Orig, size_t Size, void *Node)
 261 {
 262         if( (Orig & ~(PAGE_SIZE-1)) == giMM_ZeroPage )
 263         {
 264                 Log( "0x%08x => ZERO + 0x%08x (%s%s%s%s%s) %p",
 265                         Start,
 266                         Size,
 267                         (Orig & PF_NOPAGE ? "P" : "-"),
 268                         (Orig & PF_COW ? "C" : "-"),
 269                         (Orig & PF_GLOBAL ? "G" : "-"),
 270                         (Orig & PF_USER ? "U" : "-"),
 271                         (Orig & PF_WRITE ? "W" : "-"),
 272                         Node
 273                         );
 274         }
 275         else
 276         {
 277                 Log(" 0x%08x => 0x%08x + 0x%08x (%s%s%s%s%s) %p",
 278                         Start,
 279                         Orig & ~0xFFF,
 280                         Size,
 281                         (Orig & PF_NOPAGE ? "P" : "-"),
 282                         (Orig & PF_COW ? "C" : "-"),
 283                         (Orig & PF_GLOBAL ? "G" : "-"),
 284                         (Orig & PF_USER ? "U" : "-"),
 285                         (Orig & PF_WRITE ? "W" : "-"),
 286                         Node
 287                         );
 288         }
 289 }
 290
 291 /**
 292  * \fn void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
 293  * \brief Dumps the layout of the page tables
 294  */
 295 void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
 296 {
 297         tVAddr  rangeStart = 0;
 298         tPAddr  expected = 0;
 299         void    *expected_node = NULL, *tmpnode = NULL;
 300         tVAddr  curPos;
 301         Uint    page;
 302         const tPAddr    MASK = ~0xF78;
 303
 304         Start >>= 12;   End >>= 12;
 305
 306         #if 0
 307         Log("Directory Entries:");
 308         for(page = Start >> 10;
 309                 page < (End >> 10)+1;
 310                 page ++)
 311         {
 312                 if(gaPageDir[page])
 313                 {
 314                         Log(" 0x%08x-0x%08x :: 0x%08x",
 315                                 page<<22, ((page+1)<<22)-1,
 316                                 gaPageDir[page]&~0xFFF
 317                                 );
 318                 }
 319         }
 320         #endif
 321
 322         Log("Table Entries:");
 323         for(page = Start, curPos = Start<<12;
 324                 page < End;
 325                 curPos += 0x1000, page++)
 326         {
 327                 if( !(gaPageDir[curPos>>22] & PF_PRESENT)
 328                 ||  !(gaPageTable[page] & PF_PRESENT)
 329                 ||  (gaPageTable[page] & MASK) != expected
 330                 ||  (tmpnode=NULL,MM_GetPageNode(expected, &tmpnode), tmpnode != expected_node))
 331                 {
 332                         if(expected) {
 333                                 tPAddr  orig = gaPageTable[rangeStart>>12];
 334                                 MM_DumpTables_Print(rangeStart, orig, curPos - rangeStart, expected_node);
 335                                 expected = 0;
 336                         }
 337                         if( !(gaPageDir[curPos>>22] & PF_PRESENT) )     continue;
 338                         if( !(gaPageTable[curPos>>12] & PF_PRESENT) )   continue;
 339
 340                         expected = (gaPageTable[page] & MASK);
 341                         MM_GetPageNode(expected, &expected_node);
 342                         rangeStart = curPos;
 343                 }
 344                 if(expected && (expected & ~(PAGE_SIZE-1)) != giMM_ZeroPage)
 345                         expected += 0x1000;
 346         }
 347
 348         if(expected) {
 349                 tPAddr  orig = gaPageTable[rangeStart>>12];
 350                 MM_DumpTables_Print(rangeStart, orig, curPos - rangeStart, expected_node);
 351                 expected = 0;
 352         }
 353 }
 354
 355 /**
 356  * \fn tPAddr MM_Allocate(tVAddr VAddr)
 357  */
 358 tPAddr MM_Allocate(volatile void * VAddr)
 359 {
 360         tPAddr  paddr = MM_AllocPhys();
 361         if( MM_Map(VAddr, paddr) )
 362         {
 363                 return paddr;
 364         }
 365
 366         // Error of some form, either an overwrite or OOM
 367         MM_DerefPhys(paddr);
 368
 369         // Check for overwrite
 370         paddr = MM_GetPhysAddr(VAddr);
 371         if( paddr != 0 ) {
 372                 Warning("MM_Allocate - Allocating to used address (%p)", VAddr);
 373                 return paddr;
 374         }
 375
 376         // OOM
 377         Warning("MM_Allocate - Out of Memory (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 378         return 0;
 379 }
 380
 381 void MM_AllocateZero(volatile void *VAddr)
 382 {
 383         if( MM_GetPhysAddr(VAddr) ) {
 384                 Warning("MM_AllocateZero - Attempted overwrite at %p", VAddr);
 385                 return ;
 386         }
 387         if( !giMM_ZeroPage )
 388         {
 389                 SHORTLOCK(&glMM_ZeroPage);
 390                 // Check again within the lock (just in case we lost the race)
 391                 if( giMM_ZeroPage == 0 )
 392                 {
 393                         giMM_ZeroPage = MM_Allocate(VAddr);
 394                         // - Reference a second time to prevent it from being freed
 395                         MM_RefPhys(giMM_ZeroPage);
 396                         memset((void*)VAddr, 0, PAGE_SIZE);
 397                 }
 398                 SHORTREL(&glMM_ZeroPage);
 399         }
 400         else
 401         {
 402                 MM_Map(VAddr, giMM_ZeroPage);
 403                 MM_RefPhys(giMM_ZeroPage);
 404         }
 405         MM_SetFlags(VAddr, MM_PFLAG_COW, MM_PFLAG_COW);
 406 }
 407
 408 /**
 409  * \fn int MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr)
 410  * \brief Map a physical page to a virtual one
 411  */
 412 int MM_Map(volatile void *VAddr, tPAddr PAddr)
 413 {
 414         Uint    pagenum = (tVAddr)VAddr >> 12;
 415
 416         #if TRACE_MAPS
 417         Debug("MM_Map(%p, %P)", VAddr, PAddr);
 418         #endif
 419
 420         // Sanity check
 421         if( (PAddr & 0xFFF) || ((tVAddr)VAddr & 0xFFF) ) {
 422                 Log_Warning("MM_Virt", "MM_Map - Physical or Virtual Addresses are not aligned (%P and %p) - %p",
 423                         PAddr, VAddr, __builtin_return_address(0));
 424                 //LEAVE('i', 0);
 425                 return 0;
 426         }
 427
 428         bool    is_user = ((tVAddr)VAddr < MM_USER_MAX);
 429
 430         // Check if the directory is mapped
 431         if( gaPageDir[ pagenum >> 10 ] == 0 )
 432         {
 433                 tPAddr  tmp = MM_AllocPhys();
 434                 if( tmp == 0 )
 435                         return 0;
 436                 gaPageDir[ pagenum >> 10 ] = tmp | 3 | (is_user ? PF_USER : 0);
 437
 438                 INVLPG( &gaPageTable[ pagenum & ~0x3FF ] );
 439                 memsetd( &gaPageTable[ pagenum & ~0x3FF ], 0, 1024 );
 440         }
 441         // Check if the page is already allocated
 442         else if( gaPageTable[ pagenum ] != 0 ) {
 443                 Warning("MM_Map - Allocating to used address");
 444                 //LEAVE('i', 0);
 445                 return 0;
 446         }
 447
 448         // Map
 449         gaPageTable[ pagenum ] = PAddr | 3 | (is_user ? PF_USER : 0);
 450
 451         INVLPG( VAddr );
 452
 453         return 1;
 454 }
 455
 456 /*
 457  * A.k.a MM_Unmap
 458  */
 459 void MM_Deallocate(volatile void *VAddr)
 460 {
 461         Uint    pagenum = (tVAddr)VAddr >> 12;
 462         if( gaPageDir[pagenum>>10] == 0 ) {
 463                 Warning("MM_Deallocate - Directory not mapped");
 464                 return;
 465         }
 466
 467         if(gaPageTable[pagenum] == 0) {
 468                 Warning("MM_Deallocate - Page is not allocated");
 469                 return;
 470         }
 471
 472         // Dereference and clear page
 473         tPAddr  paddr = gaPageTable[pagenum] & ~0xFFF;
 474         gaPageTable[pagenum] = 0;
 475         MM_DerefPhys( paddr );
 476 }
 477
 478 /**
 479  * \fn tPAddr MM_GetPhysAddr(tVAddr Addr)
 480  * \brief Checks if the passed address is accesable
 481  */
 482 tPAddr MM_GetPhysAddr(volatile const void *Addr)
 483 {
 484         tVAddr  addr = (tVAddr)Addr;
 485         if( !(gaPageDir[addr >> 22] & 1) )
 486                 return 0;
 487         if( !(gaPageTable[addr >> 12] & 1) )
 488                 return 0;
 489         return (gaPageTable[addr >> 12] & ~0xFFF) | (addr & 0xFFF);
 490 }
 491
 492 /**
 493  * \fn void MM_SetCR3(Uint CR3)
 494  * \brief Sets the current process space
 495  */
 496 void MM_SetCR3(Uint CR3)
 497 {
 498         __ASM__("mov %0, %%cr3"::"r"(CR3));
 499 }
 500
 501 /**
 502  * \brief Clear user's address space
 503  */
 504 void MM_ClearUser(void)
 505 {
 506         Uint    i, j;
 507
 508         for( i = 0; i < (MM_USER_MAX>>22); i ++ )
 509         {
 510                 // Check if directory is not allocated
 511                 if( !(gaPageDir[i] & PF_PRESENT) ) {
 512                         gaPageDir[i] = 0;
 513                         continue;
 514                 }
 515
 516                 // Deallocate tables
 517                 for( j = 0; j < 1024; j ++ )
 518                 {
 519                         if( gaPageTable[i*1024+j] & 1 )
 520                                 MM_DerefPhys( gaPageTable[i*1024+j] & ~0xFFF );
 521                         gaPageTable[i*1024+j] = 0;
 522                 }
 523
 524                 // Deallocate directory
 525                 MM_DerefPhys( gaPageDir[i] & ~0xFFF );
 526                 gaPageDir[i] = 0;
 527                 INVLPG( &gaPageTable[i*1024] );
 528         }
 529         INVLPG( gaPageDir );
 530 }
 531
 532 /**
 533  * \brief Deallocate an address space
 534  */
 535 void MM_ClearSpace(Uint32 CR3)
 536 {
 537          int    i, j;
 538
 539         if(CR3 == (*gpPageCR3 & ~0xFFF)) {
 540                 Log_Error("MMVirt", "Can't clear current address space");
 541                 return ;
 542         }
 543
 544         if( MM_GetRefCount(CR3) > 1 ) {
 545                 MM_DerefPhys(CR3);
 546                 Log_Log("MMVirt", "CR3 %P is still referenced, not cleaning (but dereferenced)", CR3);
 547                 return ;
 548         }
 549
 550         Log_Debug("MMVirt", "Clearing out address space 0x%x from 0x%x", CR3, *gpPageCR3);
 551
 552         GET_TEMP_MAPPING(CR3);
 553         INVLPG( gaTmpDir );
 554
 555         for( i = 0; i < 1024; i ++ )
 556         {
 557                 Uint32  *table = &gaTmpTable[i*1024];
 558                 if( !(gaTmpDir[i] & PF_PRESENT) )
 559                         continue ;
 560
 561                 INVLPG( table );
 562
 563                 if( i < 768 || (i > MM_KERNEL_STACKS >> 22 && i < MM_KERNEL_STACKS_END >> 22) )
 564                 {
 565                         for( j = 0; j < 1024; j ++ )
 566                         {
 567                                 if( !(table[j] & 1) )
 568                                         continue;
 569                                 MM_DerefPhys( table[j] & ~0xFFF );
 570                         }
 571                 }
 572
 573                 if( i != (PAGE_TABLE_ADDR >> 22) )
 574                 {
 575                         MM_DerefPhys( gaTmpDir[i] & ~0xFFF );
 576                 }
 577         }
 578
 579
 580         MM_DerefPhys( CR3 );
 581
 582         REL_TEMP_MAPPING();
 583 }
 584
 585 /**
 586  * \fn tPAddr MM_Clone(void)
 587  * \brief Clone the current address space
 588  */
 589 tPAddr MM_Clone(int bNoUserCopy)
 590 {
 591         Uint    i, j;
 592         tPAddr  ret;
 593         Uint    page = 0;
 594         tVAddr  kStackBase = Proc_GetCurThread()->KernelStack - MM_KERNEL_STACK_SIZE;
 595
 596         // Create Directory Table
 597         ret = MM_AllocPhys();
 598         if( ret == 0 ) {
 599                 return 0;
 600         }
 601
 602         // Map
 603         GET_TEMP_MAPPING( ret );
 604         INVLPG( gaTmpDir );
 605         memsetd( gaTmpDir, 0, 1024 );
 606
 607         if( Threads_GetPID() != 0 && !bNoUserCopy )
 608         {
 609                 // Copy Tables
 610                 for( i = 0; i < 768; i ++)
 611                 {
 612                         // Check if table is allocated
 613                         if( !(gaPageDir[i] & PF_PRESENT) ) {
 614                                 gaTmpDir[i] = 0;
 615                                 page += 1024;
 616                                 continue;
 617                         }
 618
 619                         // Allocate new table
 620                         gaTmpDir[i] = MM_AllocPhys() | (gaPageDir[i] & 7);
 621                         INVLPG( &gaTmpTable[page] );
 622                         // Fill
 623                         for( j = 0; j < 1024; j ++, page++ )
 624                         {
 625                                 if( !(gaPageTable[page] & PF_PRESENT) ) {
 626                                         gaTmpTable[page] = 0;
 627                                         continue;
 628                                 }
 629
 630                                 // Refrence old page
 631                                 MM_RefPhys( gaPageTable[page] & ~0xFFF );
 632                                 // Add to new table
 633                                 if(gaPageTable[page] & PF_WRITE) {
 634                                         gaTmpTable[page] = (gaPageTable[page] & ~PF_WRITE) | PF_COW;
 635                                         gaPageTable[page] = (gaPageTable[page] & ~PF_WRITE) | PF_COW;
 636                                         INVLPG( page << 12 );
 637                                 }
 638                                 else
 639                                         gaTmpTable[page] = gaPageTable[page];
 640                         }
 641                 }
 642         }
 643
 644         // Map in kernel tables (and make fractal mapping)
 645         for( i = 768; i < 1024; i ++ )
 646         {
 647                 // Fractal
 648                 if( i == (PAGE_TABLE_ADDR >> 22) ) {
 649                         gaTmpDir[ PAGE_TABLE_ADDR >> 22 ] = *gpTmpCR3;
 650                         continue;
 651                 }
 652                 if( i == (TMP_TABLE_ADDR >> 22) ) {
 653                         gaTmpDir[ TMP_TABLE_ADDR >> 22 ] = 0;
 654                         continue ;
 655                 }
 656
 657                 if( gaPageDir[i] == 0 ) {
 658                         gaTmpDir[i] = 0;
 659                         continue;
 660                 }
 661
 662                 //LOG("gaPageDir[%x/4] = 0x%x", i*4, gaPageDir[i]);
 663                 MM_RefPhys( gaPageDir[i] & ~0xFFF );
 664                 gaTmpDir[i] = gaPageDir[i];
 665         }
 666
 667         // Allocate kernel stack
 668         for(i = MM_KERNEL_STACKS >> 22; i < MM_KERNEL_STACKS_END >> 22; i ++ )
 669         {
 670                 // Check if directory is allocated
 671                 if( (gaPageDir[i] & 1) == 0 ) {
 672                         gaTmpDir[i] = 0;
 673                         continue;
 674                 }
 675
 676                 // We don't care about other kernel stacks, just the current one
 677                 if( i != kStackBase >> 22 ) {
 678                         MM_DerefPhys( gaPageDir[i] & ~0xFFF );
 679                         gaTmpDir[i] = 0;
 680                         continue;
 681                 }
 682
 683                 // Create a copy
 684                 gaTmpDir[i] = MM_AllocPhys() | 3;
 685                 INVLPG( &gaTmpTable[i*1024] );
 686                 for( j = 0; j < 1024; j ++ )
 687                 {
 688                         // Is the page allocated? If not, skip
 689                         if( !(gaPageTable[i*1024+j] & 1) ) {
 690                                 gaTmpTable[i*1024+j] = 0;
 691                                 continue;
 692                         }
 693
 694                         // We don't care about other kernel stacks
 695                         if( ((i*1024+j)*4096 & ~(MM_KERNEL_STACK_SIZE-1)) != kStackBase ) {
 696                                 gaTmpTable[i*1024+j] = 0;
 697                                 continue;
 698                         }
 699
 700                         // Allocate page
 701                         gaTmpTable[i*1024+j] = MM_AllocPhys() | 3;
 702
 703                         void *tmp = MM_MapTemp( gaTmpTable[i*1024+j] & ~0xFFF );
 704                         memcpy( tmp, (void *)( (i*1024+j)*PAGE_SIZE ), PAGE_SIZE );
 705                         MM_FreeTemp( tmp );
 706                 }
 707         }
 708
 709         REL_TEMP_MAPPING();
 710
 711         //LEAVE('x', ret);
 712         return ret;
 713 }
 714
 715 /**
 716  * \fn tVAddr MM_NewKStack(void)
 717  * \brief Create a new kernel stack
 718  */
 719 tVAddr MM_NewKStack(void)
 720 {
 721         for(tVAddr base = MM_KERNEL_STACKS; base < MM_KERNEL_STACKS_END; base += MM_KERNEL_STACK_SIZE)
 722         {
 723                 tPage   *pageptr = (void*)base;
 724                 // Check if space is free
 725                 if(MM_GetPhysAddr(pageptr) != 0)
 726                         continue;
 727                 // Allocate
 728                 for(Uint i = 0; i < MM_KERNEL_STACK_SIZE/PAGE_SIZE; i ++ )
 729                 {
 730                         if( MM_Allocate(pageptr + i) == 0 )
 731                         {
 732                                 // On error, print a warning and return error
 733                                 Warning("MM_NewKStack - Out of memory");
 734                                 // - Clean up
 735                                 //for( i += 0x1000 ; i < MM_KERNEL_STACK_SIZE; i += 0x1000 )
 736                                 //      MM_Deallocate(base+i);
 737                                 return 0;
 738                         }
 739                 }
 740                 // Success
 741 //              Log("MM_NewKStack - Allocated %p", base + MM_KERNEL_STACK_SIZE);
 742                 return base+MM_KERNEL_STACK_SIZE;
 743         }
 744         // No stacks left
 745         Log_Warning("MMVirt", "MM_NewKStack - No address space left");
 746         return 0;
 747 }
 748
 749 /**
 750  * \fn tVAddr MM_NewWorkerStack()
 751  * \brief Creates a new worker stack
 752  */
 753 tVAddr MM_NewWorkerStack(Uint *StackContents, size_t ContentsSize)
 754 {
 755         Uint    base;
 756         tPAddr  page;
 757
 758         LOG("(StackContents=%p,ContentsSize=%i)", StackContents, ContentsSize);
 759         // TODO: Thread safety
 760         // Find a free worker stack address
 761         for(base = giLastUsedWorker; base < NUM_WORKER_STACKS; base++)
 762         {
 763                 // Used block
 764                 if( gWorkerStacks[base/32] == -1 ) {
 765                         base += 31;     base &= ~31;
 766                         base --;        // Counteracted by the base++
 767                         continue;
 768                 }
 769                 // Used stack
 770                 if( gWorkerStacks[base/32] & (1 << base) ) {
 771                         continue;
 772                 }
 773                 break;
 774         }
 775         if(base >= NUM_WORKER_STACKS) {
 776                 Log_Error("MMVirt", "Uh-oh! Out of worker stacks");
 777                 return 0;
 778         }
 779         LOG("base=0x%x", base);
 780
 781         // It's ours now!
 782         gWorkerStacks[base/32] |= (1 << base);
 783         // Make life easier for later calls
 784         giLastUsedWorker = base;
 785         // We have one
 786         base = WORKER_STACKS + base * WORKER_STACK_SIZE;
 787         //Log(" MM_NewWorkerStack: base = 0x%x", base);
 788         LOG("base=%p (top)", base);
 789
 790         // Set the temp fractals to TID0's address space
 791         GET_TEMP_MAPPING( ((Uint)gaInitPageDir - KERNEL_BASE) );
 792         INVLPG( gaTmpDir );
 793
 794         // Check if the directory is mapped (we are assuming that the stacks
 795         // will fit neatly in a directory)
 796         LOG("gaTmpDir[ 0x%x ] = 0x%x", base>>22, gaTmpDir[ base >> 22 ]);
 797         if(gaTmpDir[ base >> 22 ] == 0) {
 798                 gaTmpDir[ base >> 22 ] = MM_AllocPhys() | 3;
 799                 INVLPG( &gaTmpTable[ (base>>12) & ~0x3FF ] );
 800         }
 801
 802         // Mapping Time!
 803         for( Uint addr = 0; addr < WORKER_STACK_SIZE; addr += 0x1000 )
 804         {
 805                 page = MM_AllocPhys();
 806                 gaTmpTable[ (base + addr) >> 12 ] = page | 3;
 807         }
 808         LOG("mapped");
 809
 810         // Release temporary fractal
 811         REL_TEMP_MAPPING();
 812
 813         // NOTE: Max of 1 page
 814         // `page` is the last allocated page from the previious for loop
 815         LOG("Mapping first page");
 816         char    *tmpPage = MM_MapTemp( page );
 817         LOG("tmpPage=%p", tmpPage);
 818         memcpy( tmpPage + (0x1000 - ContentsSize), StackContents, ContentsSize);
 819         MM_FreeTemp( tmpPage );
 820
 821         //Log("MM_NewWorkerStack: RETURN 0x%x", base);
 822         LOG("return %p", base+WORKER_STACK_SIZE);
 823         return base + WORKER_STACK_SIZE;
 824 }
 825
 826 /**
 827  * \fn void MM_SetFlags(tVAddr VAddr, Uint Flags, Uint Mask)
 828  * \brief Sets the flags on a page
 829  */
 830 void MM_SetFlags(volatile void *VAddr, Uint Flags, Uint Mask)
 831 {
 832         Uint    pagenum = (tVAddr)VAddr >> 12;
 833         if( !(gaPageDir[pagenum >> 10] & 1) )   return ;
 834         if( !(gaPageTable[pagenum] & 1) )       return ;
 835
 836         tTabEnt *ent = &gaPageTable[pagenum];
 837
 838         // Read-Only
 839         if( Mask & MM_PFLAG_RO )
 840         {
 841                 if( Flags & MM_PFLAG_RO ) {
 842                         *ent &= ~PF_WRITE;
 843                 }
 844                 else {
 845                         gaPageDir[pagenum >> 10] |= PF_WRITE;
 846                         *ent |= PF_WRITE;
 847                 }
 848         }
 849
 850         // Kernel
 851         if( Mask & MM_PFLAG_KERNEL )
 852         {
 853                 if( Flags & MM_PFLAG_KERNEL ) {
 854                         *ent &= ~PF_USER;
 855                 }
 856                 else {
 857                         gaPageDir[pagenum >> 10] |= PF_USER;
 858                         *ent |= PF_USER;
 859                 }
 860         }
 861
 862         // Copy-On-Write
 863         if( Mask & MM_PFLAG_COW )
 864         {
 865                 if( Flags & MM_PFLAG_COW ) {
 866                         *ent &= ~PF_WRITE;
 867                         *ent |= PF_COW;
 868                 }
 869                 else {
 870                         *ent &= ~PF_COW;
 871                         *ent |= PF_WRITE;
 872                 }
 873         }
 874
 875         //Log("MM_SetFlags: *ent = 0x%08x, gaPageDir[%i] = 0x%08x",
 876         //      *ent, VAddr >> 22, gaPageDir[VAddr >> 22]);
 877 }
 878
 879 /**
 880  * \brief Get the flags on a page
 881  */
 882 Uint MM_GetFlags(volatile const void *VAddr)
 883 {
 884         Uint    pagenum = (tVAddr)VAddr >> 12;
 885
 886         // Validity Check
 887         if( !(gaPageDir[pagenum >> 10] & 1) )   return 0;
 888         if( !(gaPageTable[pagenum] & 1) )       return 0;
 889
 890         tTabEnt *ent = &gaPageTable[pagenum];
 891
 892         Uint    ret = 0;
 893         // Read-Only
 894         if( !(*ent & PF_WRITE) )        ret |= MM_PFLAG_RO;
 895         // Kernel
 896         if( !(*ent & PF_USER) ) ret |= MM_PFLAG_KERNEL;
 897         // Copy-On-Write
 898         if( *ent & PF_COW )     ret |= MM_PFLAG_COW;
 899
 900         return ret;
 901 }
 902
 903 /**
 904  * \brief Check if the provided buffer is valid
 905  * \return Boolean valid
 906  */
 907 int MM_IsValidBuffer(tVAddr Addr, size_t Size)
 908 {
 909          int    bIsUser;
 910          int    dir, tab;
 911
 912         Size += Addr & (PAGE_SIZE-1);
 913         Addr &= ~(PAGE_SIZE-1);
 914
 915         dir = Addr >> 22;
 916         tab = Addr >> 12;
 917
 918 //      Debug("Addr = %p, Size = 0x%x, dir = %i, tab = %i", Addr, Size, dir, tab);
 919
 920         if( !(gaPageDir[dir] & 1) )     return 0;
 921         if( !(gaPageTable[tab] & 1) )   return 0;
 922
 923         bIsUser = !!(gaPageTable[tab] & PF_USER);
 924
 925         while( Size >= PAGE_SIZE )
 926         {
 927                 if( (tab & 1023) == 0 )
 928                 {
 929                         dir ++;
 930                         if( !(gaPageDir[dir] & 1) )     return 0;
 931                 }
 932
 933                 if( !(gaPageTable[tab] & 1) )   return 0;
 934                 if( bIsUser && !(gaPageTable[tab] & PF_USER) )  return 0;
 935
 936                 tab ++;
 937                 Size -= PAGE_SIZE;
 938         }
 939         return 1;
 940 }
 941
 942 /**
 943  * \fn tPAddr MM_DuplicatePage(tVAddr VAddr)
 944  * \brief Duplicates a virtual page to a physical one
 945  */
 946 tPAddr MM_DuplicatePage(tVAddr VAddr)
 947 {
 948         tPAddr  ret;
 949         void    *temp;
 950          int    wasRO = 0;
 951
 952         //ENTER("xVAddr", VAddr);
 953
 954         // Check if mapped
 955         if( !(gaPageDir  [VAddr >> 22] & PF_PRESENT) )  return 0;
 956         if( !(gaPageTable[VAddr >> 12] & PF_PRESENT) )  return 0;
 957
 958         // Page Align
 959         VAddr &= ~0xFFF;
 960
 961         // Allocate new page
 962         ret = MM_AllocPhys();
 963         if( !ret ) {
 964                 return 0;
 965         }
 966
 967         // Write-lock the page (to keep data constistent), saving its R/W state
 968         wasRO = (gaPageTable[VAddr >> 12] & PF_WRITE ? 0 : 1);
 969         gaPageTable[VAddr >> 12] &= ~PF_WRITE;
 970         INVLPG( VAddr );
 971
 972         // Copy Data
 973         temp = MM_MapTemp(ret);
 974         memcpy( temp, (void*)VAddr, 0x1000 );
 975         MM_FreeTemp(temp);
 976
 977         // Restore Writeable status
 978         if(!wasRO)      gaPageTable[VAddr >> 12] |= PF_WRITE;
 979         INVLPG(VAddr);
 980
 981         //LEAVE('X', ret);
 982         return ret;
 983 }
 984
 985 /**
 986  * \fn Uint MM_MapTemp(tPAddr PAddr)
 987  * \brief Create a temporary memory mapping
 988  * \todo Show Luigi Barone (C Lecturer) and see what he thinks
 989  */
 990 void *MM_MapTemp(tPAddr PAddr)
 991 {
 992         ENTER("PPAddr", PAddr);
 993
 994         PAddr &= ~0xFFF;
 995
 996         if( Semaphore_Wait(&gTempMappingsSem, 1) != 1 )
 997                 return NULL;
 998         LOG("Semaphore good");
 999         Mutex_Acquire( &glTempMappings );
1000         for( int i = 0; i < NUM_TEMP_PAGES; i ++ )
1001         {
1002                 Uint32  *pte = &gaPageTable[ (TEMP_MAP_ADDR >> 12) + i ];
1003                 LOG("%i: %x", i, *pte);
1004                 // Check if page used
1005                 if(*pte & 1)    continue;
1006                 // Mark as used
1007                 *pte = PAddr | 3;
1008                 INVLPG( TEMP_MAP_ADDR + (i << 12) );
1009                 LEAVE('p', TEMP_MAP_ADDR + (i << 12));
1010                 Mutex_Release( &glTempMappings );
1011                 return (void*)( TEMP_MAP_ADDR + (i << 12) );
1012         }
1013         Mutex_Release( &glTempMappings );
1014         Log_KernelPanic("MMVirt", "Semaphore suplied a mapping, but none are avaliable");
1015         return NULL;
1016 }
1017
1018 /**
1019  * \fn void MM_FreeTemp(tVAddr PAddr)
1020  * \brief Free's a temp mapping
1021  */
1022 void MM_FreeTemp(void *VAddr)
1023 {
1024          int    i = (tVAddr)VAddr >> 12;
1025         //ENTER("xVAddr", VAddr);
1026
1027         if(i >= (TEMP_MAP_ADDR >> 12)) {
1028                 gaPageTable[ i ] = 0;
1029                 Semaphore_Signal(&gTempMappingsSem, 1);
1030         }
1031
1032         //LEAVE('-');
1033 }
1034
1035 /**
1036  * \fn tVAddr MM_MapHWPages(tPAddr PAddr, Uint Number)
1037  * \brief Allocates a contigous number of pages
1038  */
1039 void *MM_MapHWPages(tPAddr PAddr, Uint Number)
1040 {
1041          int    j;
1042
1043         PAddr &= ~0xFFF;
1044
1045         if( PAddr < 1024*1024 && (1024*1024-PAddr) >= Number * PAGE_SIZE )
1046         {
1047                 return (void*)(KERNEL_BASE + PAddr);
1048         }
1049
1050         // Scan List
1051         for( int i = 0; i < NUM_HW_PAGES; i ++ )
1052         {
1053                 // Check if addr used
1054                 if( gaPageTable[ (HW_MAP_ADDR >> 12) + i ] & 1 )
1055                         continue;
1056
1057                 // Check possible region
1058                 for( j = 0; j < Number && i + j < NUM_HW_PAGES; j ++ )
1059                 {
1060                         // If there is an allocated page in the region we are testing, break
1061                         if( gaPageTable[ (HW_MAP_ADDR >> 12) + i + j ] & 1 )    break;
1062                 }
1063                 // Is it all free?
1064                 if( j == Number )
1065                 {
1066                         // Allocate
1067                         for( j = 0; j < Number; j++ ) {
1068                                 MM_RefPhys( PAddr + (j<<12) );
1069                                 gaPageTable[ (HW_MAP_ADDR >> 12) + i + j ] = (PAddr + (j<<12)) | 3;
1070                         }
1071                         return (void*)(HW_MAP_ADDR + (i<<12));
1072                 }
1073         }
1074         // If we don't find any, return NULL
1075         return 0;
1076 }
1077
1078 /**
1079  * \fn tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
1080  * \brief Allocates DMA physical memory
1081  * \param Pages Number of pages required
1082  * \param MaxBits       Maximum number of bits the physical address can have
1083  * \param PhysAddr      Pointer to the location to place the physical address allocated
1084  * \return Virtual address allocate
1085  */
1086 void *MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
1087 {
1088         tPAddr  phys;
1089         void    *ret;
1090
1091         ENTER("iPages iMaxBits pPhysAddr", Pages, MaxBits, PhysAddr);
1092
1093         if(MaxBits == -1)
1094                 MaxBits = PHYS_BITS;
1095
1096         // Sanity Check
1097         if(MaxBits < 12) {
1098                 LEAVE('i', 0);
1099                 return 0;
1100         }
1101
1102         // Fast Allocate
1103         if(Pages == 1 && MaxBits >= PHYS_BITS)
1104         {
1105                 phys = MM_AllocPhys();
1106                 if( PhysAddr )
1107                         *PhysAddr = phys;
1108                 if( !phys ) {
1109                         LEAVE_RET('i', 0);
1110                 }
1111                 ret = MM_MapHWPages(phys, 1);
1112                 if(ret == 0) {
1113                         MM_DerefPhys(phys);
1114                         LEAVE('i', 0);
1115                         return 0;
1116                 }
1117                 LEAVE('x', ret);
1118                 return (void*)ret;
1119         }
1120
1121         // Slow Allocate
1122         phys = MM_AllocPhysRange(Pages, MaxBits);
1123         // - Was it allocated?
1124         if(phys == 0) {
1125                 LEAVE('i', 0);
1126                 return 0;
1127         }
1128
1129         // Allocated successfully, now map
1130         ret = MM_MapHWPages(phys, Pages);
1131         // - MapHWPages references the memory, so release references
1132         for( int i = 0; i < Pages; i ++ )
1133                 MM_DerefPhys(phys + i*PAGE_SIZE);
1134         if( ret == 0 ) {
1135                 LEAVE('i', 0);
1136                 return 0;
1137         }
1138
1139         if( PhysAddr )
1140                 *PhysAddr = phys;
1141         LEAVE('x', ret);
1142         return (void*)ret;
1143 }
1144
1145 /**
1146  * \fn void MM_UnmapHWPages(tVAddr VAddr, Uint Number)
1147  * \brief Unmap a hardware page
1148  */
1149 void MM_UnmapHWPages(volatile void *Base, Uint Number)
1150 {
1151         tVAddr  VAddr = (tVAddr)Base;
1152         //Log_Debug("VirtMem", "MM_UnmapHWPages: (VAddr=0x%08x, Number=%i)", VAddr, Number);
1153
1154         //
1155         if( KERNEL_BASE <= VAddr && VAddr < KERNEL_BASE + 1024*1024 )
1156                 return ;
1157
1158         Uint pagenum = VAddr >> 12;
1159
1160         // Sanity Check
1161         if(VAddr < HW_MAP_ADDR || VAddr+Number*0x1000 > HW_MAP_MAX)     return;
1162
1163
1164         Mutex_Acquire( &glTempMappings );       // Temp and HW share a directory, so they share a lock
1165
1166         for( Uint i = 0; i < Number; i ++ )
1167         {
1168                 MM_DerefPhys( gaPageTable[ pagenum + i ] & ~0xFFF );
1169                 gaPageTable[ pagenum + i ] = 0;
1170                 INVLPG( (tVAddr)(pagenum + i) << 12 );
1171         }
1172
1173         Mutex_Release( &glTempMappings );
1174 }
1175