lunaix-os/kernel/mm/vmm.c

   1 #include <hal/cpu.h>
   2 #include <libc/string.h>
   3 #include <lunaix/mm/page.h>
   4 #include <lunaix/mm/pmm.h>
   5 #include <lunaix/mm/vmm.h>
   6 #include <lunaix/spike.h>
   7
   8 #include <stdbool.h>
   9
  10 void
  11 vmm_init()
  12 {
  13     // TODO: something here?
  14 }
  15
  16 x86_page_table*
  17 vmm_init_pd()
  18 {
  19     x86_page_table* dir = (x86_page_table*)pmm_alloc_page();
  20     for (size_t i = 0; i < PG_MAX_ENTRIES; i++) {
  21         dir->entry[i] = PTE_NULL;
  22     }
  23
  24     // 递归映射，方便我们在软件层面进行查表地址转换
  25     dir->entry[PG_MAX_ENTRIES - 1] = NEW_L1_ENTRY(T_SELF_REF_PERM, dir);
  26
  27     return dir;
  28 }
  29
  30 int
  31 __vmm_map_internal(uint32_t l1_inx,
  32                    uint32_t l2_inx,
  33                    uintptr_t pa,
  34                    pt_attr attr,
  35                    int forced)
  36 {
  37     x86_page_table* l1pt = (x86_page_table*)L1_BASE_VADDR;
  38     x86_page_table* l2pt = (x86_page_table*)L2_VADDR(l1_inx);
  39
  40     // See if attr make sense
  41     assert(attr <= 128);
  42
  43     if (!l1pt->entry[l1_inx]) {
  44         x86_page_table* new_l1pt_pa = pmm_alloc_page();
  45
  46         // 物理内存已满！
  47         if (!new_l1pt_pa) {
  48             return 0;
  49         }
  50
  51         l1pt->entry[l1_inx] = NEW_L1_ENTRY(attr, new_l1pt_pa);
  52         memset((void*)L2_VADDR(l1_inx), 0, PG_SIZE);
  53     }
  54
  55     if (!forced && l2pt->entry[l2_inx]) {
  56         return 0;
  57     }
  58
  59     l2pt->entry[l2_inx] = NEW_L2_ENTRY(attr, pa);
  60
  61     return 1;
  62 }
  63
  64 void*
  65 vmm_map_page(void* va, void* pa, pt_attr tattr)
  66 {
  67     // 显然，对空指针进行映射没有意义。
  68     if (!pa || !va) {
  69         return NULL;
  70     }
  71
  72     assert(((uintptr_t)va & 0xFFFU) == 0) assert(((uintptr_t)pa & 0xFFFU) == 0);
  73
  74     uint32_t l1_index = L1_INDEX(va);
  75     uint32_t l2_index = L2_INDEX(va);
  76     x86_page_table* l1pt = (x86_page_table*)L1_BASE_VADDR;
  77
  78     // 在页表与页目录中找到一个可用的空位进行映射（位于va或其附近）
  79     x86_pte_t l1pte = l1pt->entry[l1_index];
  80     x86_page_table* l2pt = (x86_page_table*)L2_VADDR(l1_index);
  81     while (l1pte && l1_index < PG_MAX_ENTRIES) {
  82         if (l2_index == PG_MAX_ENTRIES) {
  83             l1_index++;
  84             l2_index = 0;
  85             l1pte = l1pt->entry[l1_index];
  86             l2pt = (x86_page_table*)L2_VADDR(l1_index);
  87         }
  88         // 页表有空位，只需要开辟一个新的 PTE (Level 2)
  89         if (l2pt && !l2pt->entry[l2_index]) {
  90             l2pt->entry[l2_index] = NEW_L2_ENTRY(tattr, pa);
  91             return (void*)V_ADDR(l1_index, l2_index, PG_OFFSET(va));
  92         }
  93         l2_index++;
  94     }
  95
  96     // 页目录与所有页表已满！
  97     if (l1_index > PG_MAX_ENTRIES) {
  98         return NULL;
  99     }
 100
 101     if (!__vmm_map_internal(l1_index, l2_index, (uintptr_t)pa, tattr, false)) {
 102         return NULL;
 103     }
 104
 105     return (void*)V_ADDR(l1_index, l2_index, PG_OFFSET(va));
 106 }
 107
 108 void*
 109 vmm_fmap_page(void* va, void* pa, pt_attr tattr)
 110 {
 111     if (!pa || !va) {
 112         return NULL;
 113     }
 114
 115     assert(((uintptr_t)va & 0xFFFU) == 0) assert(((uintptr_t)pa & 0xFFFU) == 0);
 116
 117     uint32_t l1_index = L1_INDEX(va);
 118     uint32_t l2_index = L2_INDEX(va);
 119
 120     if (!__vmm_map_internal(l1_index, l2_index, (uintptr_t)pa, tattr, true)) {
 121         return NULL;
 122     }
 123
 124     cpu_invplg(va);
 125
 126     return (void*)V_ADDR(l1_index, l2_index, PG_OFFSET(va));
 127 }
 128
 129 void*
 130 vmm_alloc_page(void* vpn, pt_attr tattr)
 131 {
 132     void* pp = pmm_alloc_page();
 133     void* result = vmm_map_page(vpn, pp, tattr);
 134     if (!result) {
 135         pmm_free_page(pp);
 136     }
 137     return result;
 138 }
 139
 140 int
 141 vmm_alloc_pages(void* va, size_t sz, pt_attr tattr)
 142 {
 143     assert((uintptr_t)va % PG_SIZE == 0) assert(sz % PG_SIZE == 0);
 144
 145     void* va_ = va;
 146     for (size_t i = 0; i < (sz >> PG_SIZE_BITS); i++, va_ += PG_SIZE) {
 147         void* pp = pmm_alloc_page();
 148         uint32_t l1_index = L1_INDEX(va_);
 149         uint32_t l2_index = L2_INDEX(va_);
 150         if (!pp || !__vmm_map_internal(
 151                      l1_index, l2_index, (uintptr_t)pp, tattr, false)) {
 152             // if one failed, release previous allocated pages.
 153             va_ = va;
 154             for (size_t j = 0; j < i; j++, va_ += PG_SIZE) {
 155                 vmm_unmap_page(va_);
 156             }
 157
 158             return false;
 159         }
 160     }
 161
 162     return true;
 163 }
 164
 165 void
 166 vmm_unmap_page(void* va)
 167 {
 168     assert(((uintptr_t)va & 0xFFFU) == 0);
 169
 170     uint32_t l1_index = L1_INDEX(va);
 171     uint32_t l2_index = L2_INDEX(va);
 172     x86_page_table* l1pt = (x86_page_table*)L1_BASE_VADDR;
 173
 174     x86_pte_t l1pte = l1pt->entry[l1_index];
 175
 176     if (l1pte) {
 177         x86_page_table* l2pt = (x86_page_table*)L2_VADDR(l1_index);
 178         x86_pte_t l2pte = l2pt->entry[l2_index];
 179         if (IS_CACHED(l2pte)) {
 180             pmm_free_page((void*)l2pte);
 181         }
 182         cpu_invplg(va);
 183         l2pt->entry[l2_index] = PTE_NULL;
 184     }
 185 }
 186
 187 v_mapping
 188 vmm_lookup(void* va)
 189 {
 190     assert(((uintptr_t)va & 0xFFFU) == 0);
 191
 192     uint32_t l1_index = L1_INDEX(va);
 193     uint32_t l2_index = L2_INDEX(va);
 194
 195     x86_page_table* l1pt = (x86_page_table*)L1_BASE_VADDR;
 196     x86_pte_t l1pte = l1pt->entry[l1_index];
 197
 198     v_mapping mapping = { .flags = 0, .pa = 0, .pn = 0 };
 199     if (l1pte) {
 200         x86_pte_t l2pte =
 201           ((x86_page_table*)L2_VADDR(l1_index))->entry[l2_index];
 202         if (l2pte) {
 203             mapping.flags = PG_ENTRY_FLAGS(l2pte);
 204             mapping.pa = PG_ENTRY_ADDR(l2pte);
 205             mapping.pn = mapping.pa >> PG_SIZE_BITS;
 206         }
 207     }
 208
 209     return mapping;
 210 }
 211
 212 void*
 213 vmm_v2p(void* va)
 214 {
 215     return (void*)vmm_lookup(va).pa;
 216 }