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 #define TRACE_MAPS      0
  23
  24 #define TAB     22
  25
  26 #define WORKER_STACKS           0x00100000      // Thread0 Only!
  27 #define WORKER_STACK_SIZE       MM_KERNEL_STACK_SIZE
  28 #define WORKER_STACKS_END       0xB0000000
  29 #define NUM_WORKER_STACKS       ((WORKER_STACKS_END-WORKER_STACKS)/WORKER_STACK_SIZE)
  30
  31 #define PAE_PAGE_TABLE_ADDR     0xFC000000      // 16 MiB
  32 #define PAE_PAGE_DIR_ADDR       0xFCFC0000      // 16 KiB
  33 #define PAE_PAGE_PDPT_ADDR      0xFCFC3F00      // 32 bytes
  34 #define PAE_TMP_PDPT_ADDR       0xFCFC3F20      // 32 bytes
  35 #define PAE_TMP_DIR_ADDR        0xFCFE0000      // 16 KiB
  36 #define PAE_TMP_TABLE_ADDR      0xFD000000      // 16 MiB
  37
  38 #define PAGE_TABLE_ADDR 0xFC000000
  39 #define PAGE_DIR_ADDR   0xFC3F0000
  40 #define PAGE_CR3_ADDR   0xFC3F0FC0
  41 #define TMP_CR3_ADDR    0xFC3F0FC4      // Part of core instead of temp
  42 #define TMP_DIR_ADDR    0xFC3F1000      // Same
  43 #define TMP_TABLE_ADDR  0xFC400000
  44
  45 #define HW_MAP_ADDR             0xFE000000
  46 #define HW_MAP_MAX              0xFFEF0000
  47 #define NUM_HW_PAGES    ((HW_MAP_MAX-HW_MAP_ADDR)/0x1000)
  48 #define TEMP_MAP_ADDR   0xFFEF0000      // Allows 16 "temp" pages
  49 #define NUM_TEMP_PAGES  16
  50 #define LAST_BLOCK_ADDR 0xFFFF0000      // Free space for kernel provided user code/ *(-1) protection
  51
  52 #define PF_PRESENT      0x1
  53 #define PF_WRITE        0x2
  54 #define PF_USER         0x4
  55 #define PF_GLOBAL       0x80
  56 #define PF_COW          0x200
  57 #define PF_NOPAGE       0x400
  58
  59 #define INVLPG(addr)    __asm__ __volatile__ ("invlpg (%0)"::"r"(addr))
  60
  61 #define GET_TEMP_MAPPING(cr3) do { \
  62         __ASM__("cli"); \
  63         __AtomicTestSetLoop( (Uint *)gpTmpCR3, cr3 | 3 ); \
  64 } while(0)
  65 #define REL_TEMP_MAPPING() do { \
  66         *gpTmpCR3 = 0; \
  67         __ASM__("sti"); \
  68 } while(0)
  69
  70 typedef Uint32  tTabEnt;
  71
  72 // === IMPORTS ===
  73 extern tPage    _UsertextEnd;
  74 extern tPage    _UsertextBase;
  75 extern Uint32   gaInitPageDir[1024];
  76 extern Uint32   gaInitPageTable[1024];
  77 extern void     Threads_SegFault(tVAddr Addr);
  78
  79 // === PROTOTYPES ===
  80 void    MM_PreinitVirtual(void);
  81 void    MM_InstallVirtual(void);
  82 void    MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs);
  83 //void  MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End);
  84 //void  MM_ClearUser(void);
  85 tPAddr  MM_DuplicatePage(tVAddr VAddr);
  86
  87 // === GLOBALS ===
  88 #define gaPageTable     ((tTabEnt*)PAGE_TABLE_ADDR)
  89 #define gaPageDir       ((tTabEnt*)PAGE_DIR_ADDR)
  90 #define gaTmpTable      ((tTabEnt*)TMP_TABLE_ADDR)
  91 #define gaTmpDir        ((tTabEnt*)TMP_DIR_ADDR)
  92 #define gpPageCR3       ((tTabEnt*)PAGE_CR3_ADDR)
  93 #define gpTmpCR3        ((tTabEnt*)TMP_CR3_ADDR)
  94
  95 #define gaPAE_PageTable ((tTabEnt*)PAE_PAGE_TABLE_ADDR)
  96 #define gaPAE_PageDir   ((tTabEnt*)PAE_PAGE_DIR_ADDR)
  97 #define gaPAE_MainPDPT  ((tTabEnt*)PAE_PAGE_PDPT_ADDR)
  98 #define gaPAE_TmpTable  ((tTabEnt*)PAE_TMP_DIR_ADDR)
  99 #define gaPAE_TmpDir    ((tTabEnt*)PAE_TMP_DIR_ADDR)
 100 #define gaPAE_TmpPDPT   ((tTabEnt*)PAE_TMP_PDPT_ADDR)
 101  int    gbUsePAE = 0;
 102 tMutex  glTempMappings;
 103 tSemaphore      gTempMappingsSem;
 104 tMutex  glTempFractal;
 105 Uint32  gWorkerStacks[(NUM_WORKER_STACKS+31)/32];
 106  int    giLastUsedWorker = 0;
 107 struct sPageInfo {
 108         void    *Node;
 109         tVAddr  Base;
 110         Uint64  Offset;
 111          int    Length;
 112          int    Flags;
 113 }       *gaMappedRegions;       // sizeof = 24 bytes
 114 // - Zero page
 115 tShortSpinlock  glMM_ZeroPage;
 116 tPAddr  giMM_ZeroPage;
 117
 118 // === CODE ===
 119 /**
 120  * \fn void MM_PreinitVirtual(void)
 121  * \brief Maps the fractal mappings
 122  */
 123 void MM_PreinitVirtual(void)
 124 {
 125         gaInitPageDir[ PAGE_TABLE_ADDR >> 22 ] = ((tTabEnt)&gaInitPageDir - KERNEL_BASE) | 3;
 126         INVLPG( PAGE_TABLE_ADDR );
 127
 128         Semaphore_Init(&gTempMappingsSem, NUM_TEMP_PAGES, NUM_TEMP_PAGES, "MMVirt", "Temp Mappings");
 129 }
 130
 131 /**
 132  * \fn void MM_InstallVirtual(void)
 133  * \brief Sets up the constant page mappings
 134  */
 135 void MM_InstallVirtual(void)
 136 {
 137         // --- Pre-Allocate kernel tables
 138         for( int i = KERNEL_BASE>>22; i < 1024; i ++ )
 139         {
 140                 if( gaPageDir[ i ] )    continue;
 141                 // Skip stack tables, they are process unique
 142                 if( i > MM_KERNEL_STACKS >> 22 && i < MM_KERNEL_STACKS_END >> 22) {
 143                         gaPageDir[ i ] = 0;
 144                         continue;
 145                 }
 146                 // Preallocate table
 147                 gaPageDir[ i ] = MM_AllocPhys() | 3;
 148                 INVLPG( &gaPageTable[i*1024] );
 149                 memset( &gaPageTable[i*1024], 0, 0x1000 );
 150         }
 151
 152         // Unset kernel on the User Text pages
 153         ASSERT( ((tVAddr)&_UsertextBase & (PAGE_SIZE-1)) == 0 );
 154         //ASSERT( ((tVAddr)&_UsertextEnd & (PAGE_SIZE-1)) == 0 );
 155         for( tPage *page = &_UsertextBase; page < &_UsertextEnd; page ++ )
 156         {
 157                 MM_SetFlags( page, 0, MM_PFLAG_KERNEL );
 158         }
 159
 160         *gpTmpCR3 = 0;
 161 }
 162
 163 /**
 164  * \brief Cleans up the SMP required mappings
 165  */
 166 void MM_FinishVirtualInit(void)
 167 {
 168         gaInitPageDir[ 0 ] = 0;
 169 }
 170
 171 /**
 172  * \fn void MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs)
 173  * \brief Called on a page fault
 174  */
 175 void MM_PageFault(tVAddr Addr, Uint ErrorCode, tRegs *Regs)
 176 {
 177         //ENTER("xAddr bErrorCode", Addr, ErrorCode);
 178
 179         // -- Check for COW --
 180         if( gaPageDir  [Addr>>22] & PF_PRESENT  && gaPageTable[Addr>>12] & PF_PRESENT
 181          && gaPageTable[Addr>>12] & PF_COW )
 182         {
 183                 tPAddr  paddr;
 184                 __asm__ __volatile__ ("sti");
 185                 if(MM_GetRefCount( gaPageTable[Addr>>12] & ~0xFFF ) == 1)
 186                 {
 187                         gaPageTable[Addr>>12] &= ~PF_COW;
 188                         gaPageTable[Addr>>12] |= PF_PRESENT|PF_WRITE;
 189                 }
 190                 else
 191                 {
 192                         //Log("MM_PageFault: COW - MM_DuplicatePage(0x%x)", Addr);
 193                         paddr = MM_DuplicatePage( Addr );
 194                         MM_DerefPhys( gaPageTable[Addr>>12] & ~0xFFF );
 195                         gaPageTable[Addr>>12] &= PF_USER;
 196                         gaPageTable[Addr>>12] |= paddr|PF_PRESENT|PF_WRITE;
 197                 }
 198
 199 //              Log_Debug("MMVirt", "COW for %p (%P)", Addr, gaPageTable[Addr>>12]);
 200
 201                 INVLPG( Addr & ~0xFFF );
 202                 return;
 203         }
 204
 205         // Disable instruction tracing
 206         __ASM__("pushf; andw $0xFEFF, 0(%esp); popf");
 207         Proc_GetCurThread()->bInstrTrace = 0;
 208
 209         // If it was a user, tell the thread handler
 210         if(ErrorCode & 4) {
 211                 __asm__ __volatile__ ("sti");
 212                 Log_Warning("MMVirt", "User %s %s memory%s",
 213                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 214                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 215                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 216                         );
 217                 Log_Warning("MMVirt", "Instruction %04x:%08x accessed %p", Regs->cs, Regs->eip, Addr);
 218                 __ASM__("sti"); // Restart IRQs
 219                 #if 1
 220                 Error_Backtrace(Regs->eip, Regs->ebp);
 221                 #endif
 222                 Threads_SegFault(Addr);
 223                 return ;
 224         }
 225
 226         Debug_KernelPanic();
 227
 228         // -- Check Error Code --
 229         if(ErrorCode & 8)
 230                 Warning("Reserved Bits Trashed!");
 231         else
 232         {
 233                 Warning("Kernel %s %s memory%s",
 234                         (ErrorCode&2?"write to":"read from"),
 235                         (ErrorCode&1?"bad/locked":"non-present"),
 236                         (ErrorCode&16?" (Instruction Fetch)":"")
 237                         );
 238         }
 239
 240         Log("CPU %i - Code at %p accessed %p", GetCPUNum(), Regs->eip, Addr);
 241         // Print Stack Backtrace
 242         Error_Backtrace(Regs->eip, Regs->ebp);
 243
 244         #if 0
 245         Log("gaPageDir[0x%x] = 0x%x", Addr>>22, gaPageDir[Addr>>22]);
 246         if( gaPageDir[Addr>>22] & PF_PRESENT )
 247                 Log("gaPageTable[0x%x] = 0x%x", Addr>>12, gaPageTable[Addr>>12]);
 248         #endif
 249         //MM_DumpTables(0, -1);
 250
 251         // Register Dump
 252         Log("EAX %08x ECX %08x EDX %08x EBX %08x", Regs->eax, Regs->ecx, Regs->edx, Regs->ebx);
 253         Log("ESP %08x EBP %08x ESI %08x EDI %08x", Regs->esp, Regs->ebp, Regs->esi, Regs->edi);
 254         //Log("SS:ESP %04x:%08x", Regs->ss, Regs->esp);
 255         Log("CS:EIP %04x:%08x", Regs->cs, Regs->eip);
 256         Log("DS %04x ES %04x FS %04x GS %04x", Regs->ds, Regs->es, Regs->fs, Regs->gs);
 257         {
 258                 Uint    dr0, dr1;
 259                 __ASM__ ("mov %%dr0, %0":"=r"(dr0):);
 260                 __ASM__ ("mov %%dr1, %0":"=r"(dr1):);
 261                 Log("DR0 %08x DR1 %08x", dr0, dr1);
 262         }
 263
 264         Panic("Page Fault at 0x%x (Accessed 0x%x)", Regs->eip, Addr);
 265 }
 266
 267 /**
 268  * \fn void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
 269  * \brief Dumps the layout of the page tables
 270  */
 271 void MM_DumpTables(tVAddr Start, tVAddr End)
 272 {
 273         tVAddr  rangeStart = 0;
 274         tPAddr  expected = 0;
 275         void    *expected_node = NULL, *tmpnode = NULL;
 276         tVAddr  curPos;
 277         Uint    page;
 278         const tPAddr    MASK = ~0xF78;
 279
 280         Start >>= 12;   End >>= 12;
 281
 282         #if 0
 283         Log("Directory Entries:");
 284         for(page = Start >> 10;
 285                 page < (End >> 10)+1;
 286                 page ++)
 287         {
 288                 if(gaPageDir[page])
 289                 {
 290                         Log(" 0x%08x-0x%08x :: 0x%08x",
 291                                 page<<22, ((page+1)<<22)-1,
 292                                 gaPageDir[page]&~0xFFF
 293                                 );
 294                 }
 295         }
 296         #endif
 297
 298         Log("Table Entries:");
 299         for(page = Start, curPos = Start<<12;
 300                 page < End;
 301                 curPos += 0x1000, page++)
 302         {
 303                 if( !(gaPageDir[curPos>>22] & PF_PRESENT)
 304                 ||  !(gaPageTable[page] & PF_PRESENT)
 305                 ||  (gaPageTable[page] & MASK) != expected
 306                 ||  (tmpnode=NULL,MM_GetPageNode(expected, &tmpnode), tmpnode != expected_node))
 307                 {
 308                         if(expected) {
 309                                 tPAddr  orig = gaPageTable[rangeStart>>12];
 310                                 Log(" 0x%08x => 0x%08x - 0x%08x (%s%s%s%s%s) %p",
 311                                         rangeStart,
 312                                         orig & ~0xFFF,
 313                                         curPos - rangeStart,
 314                                         (orig & PF_NOPAGE ? "P" : "-"),
 315                                         (orig & PF_COW ? "C" : "-"),
 316                                         (orig & PF_GLOBAL ? "G" : "-"),
 317                                         (orig & PF_USER ? "U" : "-"),
 318                                         (orig & PF_WRITE ? "W" : "-"),
 319                                         expected_node
 320                                         );
 321                                 expected = 0;
 322                         }
 323                         if( !(gaPageDir[curPos>>22] & PF_PRESENT) )     continue;
 324                         if( !(gaPageTable[curPos>>12] & PF_PRESENT) )   continue;
 325
 326                         expected = (gaPageTable[page] & MASK);
 327                         MM_GetPageNode(expected, &expected_node);
 328                         rangeStart = curPos;
 329                 }
 330                 if(expected)    expected += 0x1000;
 331         }
 332
 333         if(expected) {
 334                 tPAddr  orig = gaPageTable[rangeStart>>12];
 335                 Log("0x%08x => 0x%08x - 0x%08x (%s%s%s%s%s) %p",
 336                         rangeStart,
 337                         orig & ~0xFFF,
 338                         curPos - rangeStart,
 339                         (orig & PF_NOPAGE ? "p" : "-"),
 340                         (orig & PF_COW ? "C" : "-"),
 341                         (orig & PF_GLOBAL ? "G" : "-"),
 342                         (orig & PF_USER ? "U" : "-"),
 343                         (orig & PF_WRITE ? "W" : "-"),
 344                         expected_node
 345                         );
 346                 expected = 0;
 347         }
 348 }
 349
 350 /**
 351  * \fn tPAddr MM_Allocate(tVAddr VAddr)
 352  */
 353 tPAddr MM_Allocate(volatile void * VAddr)
 354 {
 355         tPAddr  paddr = MM_AllocPhys();
 356         if( MM_Map(VAddr, paddr) ) {
 357                 return paddr;
 358         }
 359
 360         // Error of some form, either an overwrite or OOM
 361         MM_DerefPhys(paddr);
 362
 363         // Check for overwrite
 364         paddr = MM_GetPhysAddr(VAddr);
 365         if( paddr != 0 ) {
 366                 Warning("MM_Allocate - Allocating to used address (%p)", VAddr);
 367                 return paddr;
 368         }
 369
 370         // OOM
 371         Warning("MM_Allocate - Out of Memory (Called by %p)", __builtin_return_address(0));
 372         return 0;
 373 }
 374
 375 void MM_AllocateZero(volatile void *VAddr)
 376 {
 377         if( MM_GetPhysAddr(VAddr) ) {
 378                 Warning("MM_AllocateZero - Attempted overwrite at %p", VAddr);
 379                 return ;
 380         }
 381         if( !giMM_ZeroPage )
 382         {
 383                 SHORTLOCK(&glMM_ZeroPage);
 384                 // Check again within the lock (just in case we lost the race)
 385                 if( giMM_ZeroPage == 0 )
 386                 {
 387                         giMM_ZeroPage = MM_Allocate(VAddr);
 388                         // - Reference a second time to prevent it from being freed
 389                         MM_RefPhys(giMM_ZeroPage);
 390                         memset((void*)VAddr, 0, PAGE_SIZE);
 391                 }
 392                 SHORTREL(&glMM_ZeroPage);
 393         }
 394         else
 395         {
 396                 MM_Map(VAddr, giMM_ZeroPage);
 397         }
 398         MM_SetFlags(VAddr, MM_PFLAG_COW, MM_PFLAG_COW);
 399 }
 400
 401 /**
 402  * \fn int MM_Map(tVAddr VAddr, tPAddr PAddr)
 403  * \brief Map a physical page to a virtual one
 404  */
 405 int MM_Map(volatile void *VAddr, tPAddr PAddr)
 406 {
 407         Uint    pagenum = (tVAddr)VAddr >> 12;
 408
 409         #if TRACE_MAPS
 410         Debug("MM_Map(%p, %P)", VAddr, PAddr);
 411         #endif
 412
 413         // Sanity check
 414         if( PAddr & 0xFFF || (tVAddr)VAddr & 0xFFF ) {
 415                 Log_Warning("MM_Virt", "MM_Map - Physical or Virtual Addresses are not aligned (0x%P and %p)",
 416                         PAddr, VAddr);
 417                 //LEAVE('i', 0);
 418                 return 0;
 419         }
 420
 421         bool    is_user = ((tVAddr)VAddr < MM_USER_MAX);
 422
 423         // Check if the directory is mapped
 424         if( gaPageDir[ pagenum >> 10 ] == 0 )
 425         {
 426                 tPAddr  tmp = MM_AllocPhys();
 427                 if( tmp == 0 )
 428                         return 0;
 429                 gaPageDir[ pagenum >> 10 ] = tmp | 3 | (is_user ? PF_USER : 0);
 430
 431                 INVLPG( &gaPageTable[ pagenum & ~0x3FF ] );
 432                 memsetd( &gaPageTable[ pagenum & ~0x3FF ], 0, 1024 );
 433         }
 434         // Check if the page is already allocated
 435         else if( gaPageTable[ pagenum ] != 0 ) {
 436                 Warning("MM_Map - Allocating to used address");
 437                 //LEAVE('i', 0);
 438                 return 0;
 439         }
 440
 441         // Map
 442         gaPageTable[ pagenum ] = PAddr | 3 | (is_user ? PF_USER : 0);
 443
 444         // Reference
 445         MM_RefPhys( PAddr );
 446
 447         INVLPG( VAddr );
 448
 449         return 1;
 450 }
 451
 452 /*
 453  * A.k.a MM_Unmap
 454  */
 455 void MM_Deallocate(volatile void *VAddr)
 456 {
 457         Uint    pagenum = (tVAddr)VAddr >> 12;
 458         if( gaPageDir[pagenum>>10] == 0 ) {
 459                 Warning("MM_Deallocate - Directory not mapped");
 460                 return;
 461         }
 462
 463         if(gaPageTable[pagenum] == 0) {
 464                 Warning("MM_Deallocate - Page is not allocated");
 465                 return;
 466         }
 467
 468         // Dereference and clear page
 469         tPAddr  paddr = gaPageTable[pagenum] & ~0xFFF;
 470         gaPageTable[pagenum] = 0;
 471         MM_DerefPhys( paddr );
 472 }
 473
 474 /**
 475  * \fn tPAddr MM_GetPhysAddr(tVAddr Addr)
 476  * \brief Checks if the passed address is accesable
 477  */
 478 tPAddr MM_GetPhysAddr(volatile const void *Addr)
 479 {
 480         tVAddr  addr = (tVAddr)Addr;
 481         if( !(gaPageDir[addr >> 22] & 1) )
 482                 return 0;
 483         if( !(gaPageTable[addr >> 12] & 1) )
 484                 return 0;
 485         return (gaPageTable[addr >> 12] & ~0xFFF) | (addr & 0xFFF);
 486 }
 487
 488 /**
 489  * \fn void MM_SetCR3(Uint CR3)
 490  * \brief Sets the current process space
 491  */
 492 void MM_SetCR3(Uint CR3)
 493 {
 494         __ASM__("mov %0, %%cr3"::"r"(CR3));
 495 }
 496
 497 /**
 498  * \brief Clear user's address space
 499  */
 500 void MM_ClearUser(void)
 501 {
 502         Uint    i, j;
 503
 504         for( i = 0; i < (MM_USER_MAX>>22); i ++ )
 505         {
 506                 // Check if directory is not allocated
 507                 if( !(gaPageDir[i] & PF_PRESENT) ) {
 508                         gaPageDir[i] = 0;
 509                         continue;
 510                 }
 511
 512                 // Deallocate tables
 513                 for( j = 0; j < 1024; j ++ )
 514                 {
 515                         if( gaPageTable[i*1024+j] & 1 )
 516                                 MM_DerefPhys( gaPageTable[i*1024+j] & ~0xFFF );
 517                         gaPageTable[i*1024+j] = 0;
 518                 }
 519
 520                 // Deallocate directory
 521                 MM_DerefPhys( gaPageDir[i] & ~0xFFF );
 522                 gaPageDir[i] = 0;
 523                 INVLPG( &gaPageTable[i*1024] );
 524         }
 525         INVLPG( gaPageDir );
 526 }
 527
 528 /**
 529  * \brief Deallocate an address space
 530  */
 531 void MM_ClearSpace(Uint32 CR3)
 532 {
 533          int    i, j;
 534
 535         if(CR3 == (*gpPageCR3 & ~0xFFF)) {
 536                 Log_Error("MMVirt", "Can't clear current address space");
 537                 return ;
 538         }
 539
 540         if( MM_GetRefCount(CR3) > 1 ) {
 541                 MM_DerefPhys(CR3);
 542                 Log_Log("MMVirt", "CR3 %P is still referenced, not cleaning (but dereferenced)", CR3);
 543                 return ;
 544         }
 545
 546         Log_Debug("MMVirt", "Clearing out address space 0x%x from 0x%x", CR3, *gpPageCR3);
 547
 548         GET_TEMP_MAPPING(CR3);
 549         INVLPG( gaTmpDir );
 550
 551         for( i = 0; i < 1024; i ++ )
 552         {
 553                 Uint32  *table = &gaTmpTable[i*1024];
 554                 if( !(gaTmpDir[i] & PF_PRESENT) )
 555                         continue ;
 556
 557                 INVLPG( table );
 558
 559                 if( i < 768 || (i > MM_KERNEL_STACKS >> 22 && i < MM_KERNEL_STACKS_END >> 22) )
 560                 {
 561                         for( j = 0; j < 1024; j ++ )
 562                         {
 563                                 if( !(table[j] & 1) )
 564                                         continue;
 565                                 MM_DerefPhys( table[j] & ~0xFFF );
 566                         }
 567                 }
 568
 569                 if( i != (PAGE_TABLE_ADDR >> 22) )
 570                 {
 571                         MM_DerefPhys( gaTmpDir[i] & ~0xFFF );
 572                 }
 573         }
 574
 575
 576         MM_DerefPhys( CR3 );
 577
 578         REL_TEMP_MAPPING();
 579 }
 580
 581 /**
 582  * \fn tPAddr MM_Clone(void)
 583  * \brief Clone the current address space
 584  */
 585 tPAddr MM_Clone(int bNoUserCopy)
 586 {
 587         Uint    i, j;
 588         tPAddr  ret;
 589         Uint    page = 0;
 590         tVAddr  kStackBase = Proc_GetCurThread()->KernelStack - MM_KERNEL_STACK_SIZE;
 591         void    *tmp;
 592
 593         // Create Directory Table
 594         ret = MM_AllocPhys();
 595         if( ret == 0 ) {
 596                 return 0;
 597         }
 598
 599         // Map
 600         GET_TEMP_MAPPING( ret );
 601         INVLPG( gaTmpDir );
 602         memsetd( gaTmpDir, 0, 1024 );
 603
 604         if( Threads_GetPID() != 0 && !bNoUserCopy )
 605         {
 606                 // Copy Tables
 607                 for( i = 0; i < 768; i ++)
 608                 {
 609                         // Check if table is allocated
 610                         if( !(gaPageDir[i] & PF_PRESENT) ) {
 611                                 gaTmpDir[i] = 0;
 612                                 page += 1024;
 613                                 continue;
 614                         }
 615
 616                         // Allocate new table
 617                         gaTmpDir[i] = MM_AllocPhys() | (gaPageDir[i] & 7);
 618                         INVLPG( &gaTmpTable[page] );
 619                         // Fill
 620                         for( j = 0; j < 1024; j ++, page++ )
 621                         {
 622                                 if( !(gaPageTable[page] & PF_PRESENT) ) {
 623                                         gaTmpTable[page] = 0;
 624                                         continue;
 625                                 }
 626
 627                                 // Refrence old page
 628                                 MM_RefPhys( gaPageTable[page] & ~0xFFF );
 629                                 // Add to new table
 630                                 if(gaPageTable[page] & PF_WRITE) {
 631                                         gaTmpTable[page] = (gaPageTable[page] & ~PF_WRITE) | PF_COW;
 632                                         gaPageTable[page] = (gaPageTable[page] & ~PF_WRITE) | PF_COW;
 633                                         INVLPG( page << 12 );
 634                                 }
 635                                 else
 636                                         gaTmpTable[page] = gaPageTable[page];
 637                         }
 638                 }
 639         }
 640
 641         // Map in kernel tables (and make fractal mapping)
 642         for( i = 768; i < 1024; i ++ )
 643         {
 644                 // Fractal
 645                 if( i == (PAGE_TABLE_ADDR >> 22) ) {
 646                         gaTmpDir[ PAGE_TABLE_ADDR >> 22 ] = *gpTmpCR3;
 647                         continue;
 648                 }
 649                 if( i == (TMP_TABLE_ADDR >> 22) ) {
 650                         gaTmpDir[ TMP_TABLE_ADDR >> 22 ] = 0;
 651                         continue ;
 652                 }
 653
 654                 if( gaPageDir[i] == 0 ) {
 655                         gaTmpDir[i] = 0;
 656                         continue;
 657                 }
 658
 659                 //LOG("gaPageDir[%x/4] = 0x%x", i*4, gaPageDir[i]);
 660                 MM_RefPhys( gaPageDir[i] & ~0xFFF );
 661                 gaTmpDir[i] = gaPageDir[i];
 662         }
 663
 664         // Allocate kernel stack
 665         for(i = MM_KERNEL_STACKS >> 22; i < MM_KERNEL_STACKS_END >> 22; i ++ )
 666         {
 667                 // Check if directory is allocated
 668                 if( (gaPageDir[i] & 1) == 0 ) {
 669                         gaTmpDir[i] = 0;
 670                         continue;
 671                 }
 672
 673                 // We don't care about other kernel stacks, just the current one
 674                 if( i != kStackBase >> 22 ) {
 675                         MM_DerefPhys( gaPageDir[i] & ~0xFFF );
 676                         gaTmpDir[i] = 0;
 677                         continue;
 678                 }
 679
 680                 // Create a copy
 681                 gaTmpDir[i] = MM_AllocPhys() | 3;
 682                 INVLPG( &gaTmpTable[i*1024] );
 683                 for( j = 0; j < 1024; j ++ )
 684                 {
 685                         // Is the page allocated? If not, skip
 686                         if( !(gaPageTable[i*1024+j] & 1) ) {
 687                                 gaTmpTable[i*1024+j] = 0;
 688                                 continue;
 689                         }
 690
 691                         // We don't care about other kernel stacks
 692                         if( ((i*1024+j)*4096 & ~(MM_KERNEL_STACK_SIZE-1)) != kStackBase ) {
 693                                 gaTmpTable[i*1024+j] = 0;
 694                                 continue;
 695                         }
 696
 697                         // Allocate page
 698                         gaTmpTable[i*1024+j] = MM_AllocPhys() | 3;
 699
 700                         MM_RefPhys( gaTmpTable[i*1024+j] & ~0xFFF );
 701
 702                         tmp = MM_MapTemp( gaTmpTable[i*1024+j] & ~0xFFF );
 703                         memcpy( tmp, (void *)( (i*1024+j)*0x1000 ), 0x1000 );
 704                         MM_FreeTemp( tmp );
 705                 }
 706         }
 707
 708         REL_TEMP_MAPPING();
 709
 710         //LEAVE('x', ret);
 711         return ret;
 712 }
 713
 714 /**
 715  * \fn tVAddr MM_NewKStack(void)
 716  * \brief Create a new kernel stack
 717  */
 718 tVAddr MM_NewKStack(void)
 719 {
 720         for(tVAddr base = MM_KERNEL_STACKS; base < MM_KERNEL_STACKS_END; base += MM_KERNEL_STACK_SIZE)
 721         {
 722                 tPage   *pageptr = (void*)base;
 723                 // Check if space is free
 724                 if(MM_GetPhysAddr(pageptr) != 0)
 725                         continue;
 726                 // Allocate
 727                 for(Uint i = 0; i < MM_KERNEL_STACK_SIZE/PAGE_SIZE; i ++ )
 728                 {
 729                         if( MM_Allocate(pageptr + i) == 0 )
 730                         {
 731                                 // On error, print a warning and return error
 732                                 Warning("MM_NewKStack - Out of memory");
 733                                 // - Clean up
 734                                 //for( i += 0x1000 ; i < MM_KERNEL_STACK_SIZE; i += 0x1000 )
 735                                 //      MM_Deallocate(base+i);
 736                                 return 0;
 737                         }
 738                 }
 739                 // Success
 740 //              Log("MM_NewKStack - Allocated %p", base + MM_KERNEL_STACK_SIZE);
 741                 return base+MM_KERNEL_STACK_SIZE;
 742         }
 743         // No stacks left
 744         Log_Warning("MMVirt", "MM_NewKStack - No address space left");
 745         return 0;
 746 }
 747
 748 /**
 749  * \fn tVAddr MM_NewWorkerStack()
 750  * \brief Creates a new worker stack
 751  */
 752 tVAddr MM_NewWorkerStack(Uint *StackContents, size_t ContentsSize)
 753 {
 754         Uint    base;
 755         tPAddr  page;
 756
 757         LOG("(StackContents=%p,ContentsSize=%i)", StackContents, ContentsSize);
 758         // TODO: Thread safety
 759         // Find a free worker stack address
 760         for(base = giLastUsedWorker; base < NUM_WORKER_STACKS; base++)
 761         {
 762                 // Used block
 763                 if( gWorkerStacks[base/32] == -1 ) {
 764                         base += 31;     base &= ~31;
 765                         base --;        // Counteracted by the base++
 766                         continue;
 767                 }
 768                 // Used stack
 769                 if( gWorkerStacks[base/32] & (1 << base) ) {
 770                         continue;
 771                 }
 772                 break;
 773         }
 774         if(base >= NUM_WORKER_STACKS) {
 775                 Log_Error("MMVirt", "Uh-oh! Out of worker stacks");
 776                 return 0;
 777         }
 778         LOG("base=0x%x", base);
 779
 780         // It's ours now!
 781         gWorkerStacks[base/32] |= (1 << base);
 782         // Make life easier for later calls
 783         giLastUsedWorker = base;
 784         // We have one
 785         base = WORKER_STACKS + base * WORKER_STACK_SIZE;
 786         //Log(" MM_NewWorkerStack: base = 0x%x", base);
 787         LOG("base=%p (top)", base);
 788
 789         // Set the temp fractals to TID0's address space
 790         GET_TEMP_MAPPING( ((Uint)gaInitPageDir - KERNEL_BASE) );
 791         INVLPG( gaTmpDir );
 792
 793         // Check if the directory is mapped (we are assuming that the stacks
 794         // will fit neatly in a directory)
 795         LOG("gaTmpDir[ 0x%x ] = 0x%x", base>>22, gaTmpDir[ base >> 22 ]);
 796         if(gaTmpDir[ base >> 22 ] == 0) {
 797                 gaTmpDir[ base >> 22 ] = MM_AllocPhys() | 3;
 798                 INVLPG( &gaTmpTable[ (base>>12) & ~0x3FF ] );
 799         }
 800
 801         // Mapping Time!
 802         for( Uint addr = 0; addr < WORKER_STACK_SIZE; addr += 0x1000 )
 803         {
 804                 page = MM_AllocPhys();
 805                 gaTmpTable[ (base + addr) >> 12 ] = page | 3;
 806         }
 807         LOG("mapped");
 808
 809         // Release temporary fractal
 810         REL_TEMP_MAPPING();
 811
 812         // NOTE: Max of 1 page
 813         // `page` is the last allocated page from the previious for loop
 814         LOG("Mapping first page");
 815         char    *tmpPage = MM_MapTemp( page );
 816         LOG("tmpPage=%p", tmpPage);
 817         memcpy( tmpPage + (0x1000 - ContentsSize), StackContents, ContentsSize);
 818         MM_FreeTemp( tmpPage );
 819
 820         //Log("MM_NewWorkerStack: RETURN 0x%x", base);
 821         LOG("return %p", base+WORKER_STACK_SIZE);
 822         return base + WORKER_STACK_SIZE;
 823 }
 824
 825 /**
 826  * \fn void MM_SetFlags(tVAddr VAddr, Uint Flags, Uint Mask)
 827  * \brief Sets the flags on a page
 828  */
 829 void MM_SetFlags(volatile void *VAddr, Uint Flags, Uint Mask)
 830 {
 831         Uint    pagenum = (tVAddr)VAddr >> 12;
 832         if( !(gaPageDir[pagenum >> 10] & 1) )   return ;
 833         if( !(gaPageTable[pagenum] & 1) )       return ;
 834
 835         tTabEnt *ent = &gaPageTable[pagenum];
 836
 837         // Read-Only
 838         if( Mask & MM_PFLAG_RO )
 839         {
 840                 if( Flags & MM_PFLAG_RO ) {
 841                         *ent &= ~PF_WRITE;
 842                 }
 843                 else {
 844                         gaPageDir[pagenum >> 10] |= PF_WRITE;
 845                         *ent |= PF_WRITE;
 846                 }
 847         }
 848
 849         // Kernel
 850         if( Mask & MM_PFLAG_KERNEL )
 851         {
 852                 if( Flags & MM_PFLAG_KERNEL ) {
 853                         *ent &= ~PF_USER;
 854                 }
 855                 else {
 856                         gaPageDir[pagenum >> 10] |= PF_USER;
 857                         *ent |= PF_USER;
 858                 }
 859         }
 860
 861         // Copy-On-Write
 862         if( Mask & MM_PFLAG_COW )
 863         {
 864                 if( Flags & MM_PFLAG_COW ) {
 865                         *ent &= ~PF_WRITE;
 866                         *ent |= PF_COW;
 867                 }
 868                 else {
 869                         *ent &= ~PF_COW;
 870                         *ent |= PF_WRITE;
 871                 }
 872         }
 873
 874         //Log("MM_SetFlags: *ent = 0x%08x, gaPageDir[%i] = 0x%08x",
 875         //      *ent, VAddr >> 22, gaPageDir[VAddr >> 22]);
 876 }
 877
 878 /**
 879  * \brief Get the flags on a page
 880  */
 881 Uint MM_GetFlags(volatile const void *VAddr)
 882 {
 883         Uint    pagenum = (tVAddr)VAddr >> 12;
 884
 885         // Validity Check
 886         if( !(gaPageDir[pagenum >> 10] & 1) )   return 0;
 887         if( !(gaPageTable[pagenum] & 1) )       return 0;
 888
 889         tTabEnt *ent = &gaPageTable[pagenum];
 890
 891         Uint    ret = 0;
 892         // Read-Only
 893         if( !(*ent & PF_WRITE) )        ret |= MM_PFLAG_RO;
 894         // Kernel
 895         if( !(*ent & PF_USER) ) ret |= MM_PFLAG_KERNEL;
 896         // Copy-On-Write
 897         if( *ent & PF_COW )     ret |= MM_PFLAG_COW;
 898
 899         return ret;
 900 }
 901
 902 /**
 903  * \brief Check if the provided buffer is valid
 904  * \return Boolean valid
 905  */
 906 int MM_IsValidBuffer(tVAddr Addr, size_t Size)
 907 {
 908          int    bIsUser;
 909          int    dir, tab;
 910
 911         Size += Addr & (PAGE_SIZE-1);
 912         Addr &= ~(PAGE_SIZE-1);
 913
 914         dir = Addr >> 22;
 915         tab = Addr >> 12;
 916
 917 //      Debug("Addr = %p, Size = 0x%x, dir = %i, tab = %i", Addr, Size, dir, tab);
 918
 919         if( !(gaPageDir[dir] & 1) )     return 0;
 920         if( !(gaPageTable[tab] & 1) )   return 0;
 921
 922         bIsUser = !!(gaPageTable[tab] & PF_USER);
 923
 924         while( Size >= PAGE_SIZE )
 925         {
 926                 if( (tab & 1023) == 0 )
 927                 {
 928                         dir ++;
 929                         if( !(gaPageDir[dir] & 1) )     return 0;
 930                 }
 931
 932                 if( !(gaPageTable[tab] & 1) )   return 0;
 933                 if( bIsUser && !(gaPageTable[tab] & PF_USER) )  return 0;
 934
 935                 tab ++;
 936                 Size -= PAGE_SIZE;
 937         }
 938         return 1;
 939 }
 940
 941 /**
 942  * \fn tPAddr MM_DuplicatePage(tVAddr VAddr)
 943  * \brief Duplicates a virtual page to a physical one
 944  */
 945 tPAddr MM_DuplicatePage(tVAddr VAddr)
 946 {
 947         tPAddr  ret;
 948         void    *temp;
 949          int    wasRO = 0;
 950
 951         //ENTER("xVAddr", VAddr);
 952
 953         // Check if mapped
 954         if( !(gaPageDir  [VAddr >> 22] & PF_PRESENT) )  return 0;
 955         if( !(gaPageTable[VAddr >> 12] & PF_PRESENT) )  return 0;
 956
 957         // Page Align
 958         VAddr &= ~0xFFF;
 959
 960         // Allocate new page
 961         ret = MM_AllocPhys();
 962         if( !ret ) {
 963                 return 0;
 964         }
 965
 966         // Write-lock the page (to keep data constistent), saving its R/W state
 967         wasRO = (gaPageTable[VAddr >> 12] & PF_WRITE ? 0 : 1);
 968         gaPageTable[VAddr >> 12] &= ~PF_WRITE;
 969         INVLPG( VAddr );
 970
 971         // Copy Data
 972         temp = MM_MapTemp(ret);
 973         memcpy( temp, (void*)VAddr, 0x1000 );
 974         MM_FreeTemp(temp);
 975
 976         // Restore Writeable status
 977         if(!wasRO)      gaPageTable[VAddr >> 12] |= PF_WRITE;
 978         INVLPG(VAddr);
 979
 980         //LEAVE('X', ret);
 981         return ret;
 982 }
 983
 984 /**
 985  * \fn Uint MM_MapTemp(tPAddr PAddr)
 986  * \brief Create a temporary memory mapping
 987  * \todo Show Luigi Barone (C Lecturer) and see what he thinks
 988  */
 989 void *MM_MapTemp(tPAddr PAddr)
 990 {
 991         ENTER("PPAddr", PAddr);
 992
 993         PAddr &= ~0xFFF;
 994
 995         if( Semaphore_Wait(&gTempMappingsSem, 1) != 1 )
 996                 return NULL;
 997         LOG("Semaphore good");
 998         Mutex_Acquire( &glTempMappings );
 999         for( int i = 0; i < NUM_TEMP_PAGES; i ++ )
1000         {
1001                 Uint32  *pte = &gaPageTable[ (TEMP_MAP_ADDR >> 12) + i ];
1002                 LOG("%i: %x", i, *pte);
1003                 // Check if page used
1004                 if(*pte & 1)    continue;
1005                 // Mark as used
1006                 *pte = PAddr | 3;
1007                 INVLPG( TEMP_MAP_ADDR + (i << 12) );
1008                 LEAVE('p', TEMP_MAP_ADDR + (i << 12));
1009                 Mutex_Release( &glTempMappings );
1010                 return (void*)( TEMP_MAP_ADDR + (i << 12) );
1011         }
1012         Mutex_Release( &glTempMappings );
1013         Log_KernelPanic("MMVirt", "Semaphore suplied a mapping, but none are avaliable");
1014         return NULL;
1015 }
1016
1017 /**
1018  * \fn void MM_FreeTemp(tVAddr PAddr)
1019  * \brief Free's a temp mapping
1020  */
1021 void MM_FreeTemp(void *VAddr)
1022 {
1023          int    i = (tVAddr)VAddr >> 12;
1024         //ENTER("xVAddr", VAddr);
1025
1026         if(i >= (TEMP_MAP_ADDR >> 12)) {
1027                 gaPageTable[ i ] = 0;
1028                 Semaphore_Signal(&gTempMappingsSem, 1);
1029         }
1030
1031         //LEAVE('-');
1032 }
1033
1034 /**
1035  * \fn tVAddr MM_MapHWPages(tPAddr PAddr, Uint Number)
1036  * \brief Allocates a contigous number of pages
1037  */
1038 void *MM_MapHWPages(tPAddr PAddr, Uint Number)
1039 {
1040          int    j;
1041
1042         PAddr &= ~0xFFF;
1043
1044         if( PAddr < 1024*1024 && (1024*1024-PAddr) >= Number * PAGE_SIZE )
1045         {
1046                 return (void*)(KERNEL_BASE + PAddr);
1047         }
1048
1049         // Scan List
1050         for( int i = 0; i < NUM_HW_PAGES; i ++ )
1051         {
1052                 // Check if addr used
1053                 if( gaPageTable[ (HW_MAP_ADDR >> 12) + i ] & 1 )
1054                         continue;
1055
1056                 // Check possible region
1057                 for( j = 0; j < Number && i + j < NUM_HW_PAGES; j ++ )
1058                 {
1059                         // If there is an allocated page in the region we are testing, break
1060                         if( gaPageTable[ (HW_MAP_ADDR >> 12) + i + j ] & 1 )    break;
1061                 }
1062                 // Is it all free?
1063                 if( j == Number )
1064                 {
1065                         // Allocate
1066                         for( j = 0; j < Number; j++ ) {
1067                                 MM_RefPhys( PAddr + (j<<12) );
1068                                 gaPageTable[ (HW_MAP_ADDR >> 12) + i + j ] = (PAddr + (j<<12)) | 3;
1069                         }
1070                         return (void*)(HW_MAP_ADDR + (i<<12));
1071                 }
1072         }
1073         // If we don't find any, return NULL
1074         return 0;
1075 }
1076
1077 /**
1078  * \fn tVAddr MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
1079  * \brief Allocates DMA physical memory
1080  * \param Pages Number of pages required
1081  * \param MaxBits       Maximum number of bits the physical address can have
1082  * \param PhysAddr      Pointer to the location to place the physical address allocated
1083  * \return Virtual address allocate
1084  */
1085 void *MM_AllocDMA(int Pages, int MaxBits, tPAddr *PhysAddr)
1086 {
1087         tPAddr  phys;
1088         void    *ret;
1089
1090         ENTER("iPages iMaxBits pPhysAddr", Pages, MaxBits, PhysAddr);
1091
1092         if(MaxBits == -1)
1093                 MaxBits = PHYS_BITS;
1094
1095         // Sanity Check
1096         if(MaxBits < 12) {
1097                 LEAVE('i', 0);
1098                 return 0;
1099         }
1100
1101         // Fast Allocate
1102         if(Pages == 1 && MaxBits >= PHYS_BITS)
1103         {
1104                 phys = MM_AllocPhys();
1105                 if( PhysAddr )
1106                         *PhysAddr = phys;
1107                 if( !phys ) {
1108                         LEAVE_RET('i', 0);
1109                 }
1110                 ret = MM_MapHWPages(phys, 1);
1111                 if(ret == 0) {
1112                         MM_DerefPhys(phys);
1113                         LEAVE('i', 0);
1114                         return 0;
1115                 }
1116                 LEAVE('x', ret);
1117                 return (void*)ret;
1118         }
1119
1120         // Slow Allocate
1121         phys = MM_AllocPhysRange(Pages, MaxBits);
1122         // - Was it allocated?
1123         if(phys == 0) {
1124                 LEAVE('i', 0);
1125                 return 0;
1126         }
1127
1128         // Allocated successfully, now map
1129         ret = MM_MapHWPages(phys, Pages);
1130         if( ret == 0 ) {
1131                 // If it didn't map, free then return 0
1132                 for(;Pages--;phys+=0x1000)
1133                         MM_DerefPhys(phys);
1134                 LEAVE('i', 0);
1135                 return 0;
1136         }
1137
1138         if( PhysAddr )
1139                 *PhysAddr = phys;
1140         LEAVE('x', ret);
1141         return (void*)ret;
1142 }
1143
1144 /**
1145  * \fn void MM_UnmapHWPages(tVAddr VAddr, Uint Number)
1146  * \brief Unmap a hardware page
1147  */
1148 void MM_UnmapHWPages(volatile void *Base, Uint Number)
1149 {
1150         tVAddr  VAddr = (tVAddr)Base;
1151         //Log_Debug("VirtMem", "MM_UnmapHWPages: (VAddr=0x%08x, Number=%i)", VAddr, Number);
1152
1153         //
1154         if( KERNEL_BASE <= VAddr && VAddr < KERNEL_BASE + 1024*1024 )
1155                 return ;
1156
1157         Uint pagenum = VAddr >> 12;
1158
1159         // Sanity Check
1160         if(VAddr < HW_MAP_ADDR || VAddr+Number*0x1000 > HW_MAP_MAX)     return;
1161
1162
1163         Mutex_Acquire( &glTempMappings );       // Temp and HW share a directory, so they share a lock
1164
1165         for( Uint i = 0; i < Number; i ++ )
1166         {
1167                 MM_DerefPhys( gaPageTable[ pagenum + i ] & ~0xFFF );
1168                 gaPageTable[ pagenum + i ] = 0;
1169                 INVLPG( (tVAddr)(pagenum + i) << 12 );
1170         }
1171
1172         Mutex_Release( &glTempMappings );
1173 }
1174