Architectural Support: x86_64 (#37)
[lunaix-os.git] / lunaix-os / kernel / mm / procvm.c
index d9e357a92dbce6ea601d3b2454022d791ff51105..5b7afad9d816d230530df3e9d647b59ded1abe31 100644 (file)
@@ -1,18 +1,17 @@
 #include <lunaix/mm/procvm.h>
 #include <lunaix/mm/valloc.h>
 #include <lunaix/mm/region.h>
-#include <lunaix/mm/pmm.h>
-#include <lunaix/mm/vmm.h>
+#include <lunaix/mm/page.h>
 #include <lunaix/mm/mmap.h>
 #include <lunaix/process.h>
 
-#include <sys/mm/mempart.h>
+#include <sys/mm/mm_defs.h>
 
 #include <klibc/string.h>
 
 struct proc_mm*
 procvm_create(struct proc_info* proc) {
-    struct proc_mm* mm = valloc(sizeof(struct proc_mm));
+    struct proc_mm* mm = vzalloc(sizeof(struct proc_mm));
 
     assert(mm);
 
@@ -23,122 +22,320 @@ procvm_create(struct proc_info* proc) {
     return mm;
 }
 
+static inline unsigned int
+__ptep_advancement(struct leaflet* leaflet, int level)
+{
+    size_t shifts = MAX(MAX_LEVEL - level - 1, 1) * LEVEL_SHIFT;
+    return (1 << (leaflet_order(leaflet) % shifts)) - 1;
+}
 
 static ptr_t
-__dup_vmspace(ptr_t mount_point, bool only_kernel)
+vmscpy(ptr_t dest_mnt, ptr_t src_mnt, bool only_kernel)
 {
-    ptr_t ptd_pp = pmm_alloc_page(PP_FGPERSIST);
-    vmm_set_mapping(VMS_SELF, PG_MOUNT_1, ptd_pp, PG_PREM_RW, VMAP_NULL);
+    pte_t* ptep_dest    = mkl0tep(mkptep_va(dest_mnt, 0));
+    pte_t* ptep         = mkl0tep(mkptep_va(src_mnt, 0));
+    pte_t* ptepd_kernel = mkl0tep(mkptep_va(dest_mnt, KERNEL_RESIDENT));
+    pte_t* ptep_kernel  = mkl0tep(mkptep_va(src_mnt, KERNEL_RESIDENT));
+
+    // Build the self-reference on dest vms
+
+    /* 
+     *        -- What the heck are ptep_ssm and ptep_sms ? --
+     *      
+     *      ptep_dest point to the pagetable itself that is mounted
+     *          at dest_mnt (or simply mnt): 
+     *              mnt -> self -> self -> self -> L0TE@offset
+     * 
+     *      ptep_sms shallowed the recursion chain:
+     *              self -> mnt -> self -> self -> L0TE@self
+     * 
+     *      ptep_ssm shallowed the recursion chain:
+     *              self -> self -> mnt -> self -> L0TE@self
+     *      
+     *      Now, here is the problem, back to x86_32, the translation is 
+     *      a depth-3 recursion:
+     *              L0T -> LFT -> Page
+     *      
+     *      So ptep_ssm will terminate at mnt and give us a leaf
+     *      slot for allocate a fresh page table for mnt:
+     *              self -> self -> L0TE@mnt
+     * 
+     *      but in x86_64 translation has extra two more step:
+     *              L0T -> L1T -> L2T -> LFT -> Page
+     *      
+     *      So we must continue push down.... 
+     *      ptep_sssms shallowed the recursion chain:
+     *              self -> self -> self -> mnt  -> L0TE@self
+     * 
+     *      ptep_ssssm shallowed the recursion chain:
+     *              self -> self -> self -> self -> L0TE@mnt
+     * 
+     *      Note: PML4: 2 extra steps
+     *            PML5: 3 extra steps
+    */
+    pte_t* ptep_ssm     = mkl0tep_va(VMS_SELF, dest_mnt);
+    pte_t* ptep_sms     = mkl1tep_va(VMS_SELF, dest_mnt) + VMS_SELF_L0TI;
+    pte_t  pte_sms      = mkpte_prot(KERNEL_DATA);
+
+    pte_sms = alloc_kpage_at(ptep_ssm, pte_sms, 0);
+    set_pte(ptep_sms, pte_sms);    
+    
+    tlb_flush_kernel((ptr_t)dest_mnt);
+    tlb_flush_kernel((ptr_t)ptep_sms);
+
+    if (only_kernel) {
+        ptep = ptep_kernel;
+        ptep_dest += ptep_vfn(ptep_kernel);
+    } else {
+        ptep++;
+        ptep_dest++;
+    }
 
-    x86_page_table* ptd = (x86_page_table*)PG_MOUNT_1;
-    x86_page_table* pptd = (x86_page_table*)(mount_point | (0x3FF << 12));
+    int level = 0;
+    struct leaflet* leaflet;
 
-    size_t kspace_l1inx = L1_INDEX(KERNEL_EXEC);
-    size_t i = 1;   // skip first 4MiB, to avoid bring other thread's stack
+    while (ptep < ptep_kernel)
+    {
+        pte_t pte = *ptep;
+
+        if (pte_isnull(pte)) {
+            goto cont;
+        } 
+        
+        if (pt_last_level(level) || pte_huge(pte)) {
+            set_pte(ptep_dest, pte);
+
+            if (pte_isloaded(pte)) {
+                leaflet = pte_leaflet(pte);
+                assert(leaflet_refcount(leaflet));
+                
+                if (leaflet_ppfn(leaflet) == pte_ppfn(pte)) {
+                    leaflet_borrow(leaflet);
+                }
+            }
+        }
+        else if (!pt_last_level(level)) {
+            alloc_kpage_at(ptep_dest, pte, 0);
 
-    ptd->entry[0] = 0;
-    if (only_kernel) {
-        i = kspace_l1inx;
-        memset(ptd, 0, PG_SIZE);
+            ptep = ptep_step_into(ptep);
+            ptep_dest = ptep_step_into(ptep_dest);
+            level++;
+
+            continue;
+        }
+        
+    cont:
+        while (ptep_vfn(ptep) == MAX_PTEN - 1) {
+            assert(level > 0);
+            ptep = ptep_step_out(ptep);
+            ptep_dest = ptep_step_out(ptep_dest);
+            level--;
+        }
+
+        ptep++;
+        ptep_dest++;
+    }
+
+    // Ensure we step back to L0T
+    assert(!level);
+    assert(ptep_dest == ptepd_kernel);
+    
+    // Carry over the kernel (exclude last two entry)
+    unsigned int i = ptep_vfn(ptep);
+    while (i++ < MAX_PTEN) {
+        pte_t pte = *ptep;
+
+        if (l0tep_impile_vmnts(ptep)) {
+            goto _cont;
+        }
+
+        assert(!pte_isnull(pte));
+
+        // Ensure it is a next level pagetable,
+        //  we MAY relax this later allow kernel
+        //  to have huge leaflet mapped at L0T
+        leaflet = pte_leaflet_aligned(pte);
+        assert(leaflet_order(leaflet) == 0);
+
+        set_pte(ptep_dest, pte);
+        leaflet_borrow(leaflet);
+    
+    _cont:
+        ptep++;
+        ptep_dest++;
     }
 
-    for (; i < PG_MAX_ENTRIES - 1; i++) {
+    return pte_paddr(pte_sms);
+}
+
+static void
+vmsfree(ptr_t vm_mnt)
+{
+    struct leaflet* leaflet;
+    pte_t* ptep_head    = mkl0tep(mkptep_va(vm_mnt, 0));
+    pte_t* ptep_self    = mkl0tep(mkptep_va(vm_mnt, VMS_SELF));
+    pte_t* ptep_kernel  = mkl0tep(mkptep_va(vm_mnt, KERNEL_RESIDENT));
+
+    int level = 0;
+    pte_t* ptep = ptep_head;
+    while (ptep < ptep_kernel)
+    {
+        pte_t pte = *ptep;
+        ptr_t pa  = pte_paddr(pte);
+
+        if (pte_isnull(pte)) {
+            goto cont;
+        } 
+
+        if (!pt_last_level(level) && !pte_huge(pte)) {
+            ptep = ptep_step_into(ptep);
+            level++;
 
-        x86_pte_t ptde = pptd->entry[i];
-        // 空或者是未在内存中的L1页表项直接照搬过去。
-        // 内核地址空间直接共享过去。
-        if (!ptde || i >= kspace_l1inx || !(ptde & PG_PRESENT)) {
-            ptd->entry[i] = ptde;
             continue;
         }
 
-        // 复制L2页表
-        ptr_t pt_pp = pmm_alloc_page(PP_FGPERSIST);
-        vmm_set_mapping(VMS_SELF, PG_MOUNT_2, pt_pp, PG_PREM_RW, VMAP_NULL);
+        if (pte_isloaded(pte)) {
+            leaflet = pte_leaflet_aligned(pte);
+            leaflet_return(leaflet);
 
-        x86_page_table* ppt = (x86_page_table*)(mount_point | (i << 12));
-        x86_page_table* pt = (x86_page_table*)PG_MOUNT_2;
+            ptep += __ptep_advancement(leaflet, level);
+        }
 
-        for (size_t j = 0; j < PG_MAX_ENTRIES; j++) {
-            x86_pte_t pte = ppt->entry[j];
-            pmm_ref_page(PG_ENTRY_ADDR(pte));
-            pt->entry[j] = pte;
+    cont:
+        while (ptep_vfn(ptep) == MAX_PTEN - 1) {
+            ptep = ptep_step_out(ptep);
+            leaflet = pte_leaflet_aligned(pte_at(ptep));
+            
+            assert(leaflet_order(leaflet) == 0);
+            leaflet_return(leaflet);
+            
+            level--;
         }
 
-        ptd->entry[i] = (ptr_t)pt_pp | PG_ENTRY_FLAGS(ptde);
+        ptep++;
     }
 
-    ptd->entry[PG_MAX_ENTRIES - 1] = NEW_L1_ENTRY(T_SELF_REF_PERM, ptd_pp);
+    leaflet = pte_leaflet_aligned(pte_at(ptep_self));
+    leaflet_return(leaflet);
+}
 
-    return ptd_pp;
+static inline void
+__attach_to_current_vms(struct proc_mm* guest_mm)
+{
+    struct proc_mm* mm_current = vmspace(__current);
+    if (mm_current) {
+        assert(!mm_current->guest_mm);
+        mm_current->guest_mm = guest_mm;
+    }
 }
 
+static inline void
+__detach_from_current_vms(struct proc_mm* guest_mm)
+{
+    struct proc_mm* mm_current = vmspace(__current);
+    if (mm_current) {
+        assert(mm_current->guest_mm == guest_mm);
+        mm_current->guest_mm = NULL;
+    }
+}
+
+
 void
-procvm_dup(struct proc_info* proc) {
-   struct proc_mm* mm = vmspace(proc);
-   struct proc_mm* mm_current = vmspace(__current);
-   
-   mm->heap = mm_current->heap;
-   mm->vmroot = __dup_vmspace(VMS_SELF, false);
+procvm_dupvms_mount(struct proc_mm* mm) {
+    assert(__current);
+    assert(!mm->vm_mnt);
+
+    struct proc_mm* mm_current = vmspace(__current);
+    
+    __attach_to_current_vms(mm);
    
-   region_copy_mm(mm_current, mm);
+    mm->heap = mm_current->heap;
+    mm->vm_mnt = VMS_MOUNT_1;
+    mm->vmroot = vmscpy(VMS_MOUNT_1, VMS_SELF, false);
+    
+    region_copy_mm(mm_current, mm);
 }
 
 void
-procvm_init_clean(struct proc_info* proc)
+procvm_mount(struct proc_mm* mm)
 {
-    struct proc_mm* mm = vmspace(proc);
-    mm->vmroot = __dup_vmspace(VMS_SELF, true);
-}
+    assert(!mm->vm_mnt);
+    assert(mm->vmroot);
 
+    vms_mount(VMS_MOUNT_1, mm->vmroot);
 
-static void
-__delete_vmspace(ptr_t vm_mnt)
-{
-    x86_page_table* pptd = (x86_page_table*)(vm_mnt | (0x3FF << 12));
+    __attach_to_current_vms(mm);
 
-    // only remove user address space
-    for (size_t i = 0; i < L1_INDEX(KERNEL_EXEC); i++) {
-        x86_pte_t ptde = pptd->entry[i];
-        if (!ptde || !(ptde & PG_PRESENT)) {
-            continue;
-        }
+    mm->vm_mnt = VMS_MOUNT_1;
+}
 
-        x86_page_table* ppt = (x86_page_table*)(vm_mnt | (i << 12));
+void
+procvm_unmount(struct proc_mm* mm)
+{
+    assert(mm->vm_mnt);
 
-        for (size_t j = 0; j < PG_MAX_ENTRIES; j++) {
-            x86_pte_t pte = ppt->entry[j];
-            // free the 4KB data page
-            if ((pte & PG_PRESENT)) {
-                pmm_free_page(PG_ENTRY_ADDR(pte));
-            }
-        }
-        // free the L2 page table
-        pmm_free_page(PG_ENTRY_ADDR(ptde));
+    vms_unmount(VMS_MOUNT_1);
+    struct proc_mm* mm_current = vmspace(__current);
+    if (mm_current) {
+        mm_current->guest_mm = NULL;
     }
-    // free the L1 directory
-    pmm_free_page(PG_ENTRY_ADDR(pptd->entry[PG_MAX_ENTRIES - 1]));
+
+    mm->vm_mnt = 0;
 }
 
 void
-procvm_cleanup(ptr_t vm_mnt, struct proc_info* proc) {
+procvm_initvms_mount(struct proc_mm* mm)
+{
+    assert(!mm->vm_mnt);
+
+    __attach_to_current_vms(mm);
+
+    mm->vm_mnt = VMS_MOUNT_1;
+    mm->vmroot = vmscpy(VMS_MOUNT_1, VMS_SELF, true);
+}
+
+void
+procvm_unmount_release(struct proc_mm* mm) {
+    ptr_t vm_mnt = mm->vm_mnt;
     struct mm_region *pos, *n;
-    llist_for_each(pos, n, vmregions(proc), head)
+    llist_for_each(pos, n, &mm->regions, head)
     {
         mem_sync_pages(vm_mnt, pos, pos->start, pos->end - pos->start, 0);
         region_release(pos);
     }
 
-    vfree(proc->mm);
+    vfree(mm);
+    vmsfree(vm_mnt);
+    vms_unmount(vm_mnt);
+
+    __detach_from_current_vms(mm);
+}
+
+void
+procvm_mount_self(struct proc_mm* mm) 
+{
+    assert(!mm->vm_mnt);
+    assert(!mm->guest_mm);
+
+    mm->vm_mnt = VMS_SELF;
+}
+
+void
+procvm_unmount_self(struct proc_mm* mm)
+{
+    assert(active_vms(mm->vm_mnt));
 
-    __delete_vmspace(vm_mnt);
+    mm->vm_mnt = 0;
 }
 
 ptr_t
 procvm_enter_remote(struct remote_vmctx* rvmctx, struct proc_mm* mm, 
-                    ptr_t vm_mnt, ptr_t remote_base, size_t size)
+                    ptr_t remote_base, size_t size)
 {
-    ptr_t size_pn = PN(size + MEM_PAGE);
+    ptr_t vm_mnt = mm->vm_mnt;
+    assert(vm_mnt);
+    
+    pfn_t size_pn = pfn(size + PAGE_SIZE);
     assert(size_pn < REMOTEVM_MAX_PAGES);
 
     struct mm_region* region = region_get(&mm->regions, remote_base);
@@ -147,23 +344,25 @@ procvm_enter_remote(struct remote_vmctx* rvmctx, struct proc_mm* mm,
     rvmctx->vms_mnt = vm_mnt;
     rvmctx->page_cnt = size_pn;
 
-    remote_base = PG_ALIGN(remote_base);
+    remote_base = page_aligned(remote_base);
     rvmctx->remote = remote_base;
-    rvmctx->local_mnt = PG_MOUNT_4_END + 1;
+    rvmctx->local_mnt = PG_MOUNT_VAR;
+
+    pte_t* rptep = mkptep_va(vm_mnt, remote_base);
+    pte_t* lptep = mkptep_va(VMS_SELF, rvmctx->local_mnt);
+    unsigned int pattr = region_pteprot(region);
 
-    v_mapping m;
-    unsigned int pattr = region_ptattr(region);
-    ptr_t raddr = remote_base, lmnt = rvmctx->local_mnt;
-    for (size_t i = 0; i < size_pn; i++, lmnt += MEM_PAGE, raddr += MEM_PAGE)
+    for (size_t i = 0; i < size_pn; i++)
     {
-        if (vmm_lookupat(vm_mnt, raddr, &m) && PG_IS_PRESENT(m.flags)) {
-            vmm_set_mapping(VMS_SELF, lmnt, m.pa, PG_PREM_RW, 0);
+        pte_t pte = vmm_tryptep(rptep, PAGE_SIZE);
+        if (pte_isloaded(pte)) {
+            set_pte(lptep, pte);
             continue;
         }
 
-        ptr_t pa = pmm_alloc_page(0);
-        vmm_set_mapping(VMS_SELF, lmnt, pa, PG_PREM_RW, 0);
-        vmm_set_mapping(vm_mnt, raddr, pa, pattr, 0);
+        ptr_t pa = ppage_addr(pmm_alloc_normal(0));
+        set_pte(lptep, mkpte(pa, KERNEL_DATA));
+        set_pte(rptep, mkpte(pa, pattr));
     }
 
     return vm_mnt;
@@ -179,7 +378,7 @@ procvm_copy_remote_transaction(struct remote_vmctx* rvmctx,
     }
 
     ptr_t offset = remote_dest - rvmctx->remote;
-    if (PN(offset + sz) >= rvmctx->page_cnt) {
+    if (pfn(offset + sz) >= rvmctx->page_cnt) {
         return -1;
     }
 
@@ -189,11 +388,8 @@ procvm_copy_remote_transaction(struct remote_vmctx* rvmctx,
 }
 
 void
-procvm_exit_remote_transaction(struct remote_vmctx* rvmctx)
+procvm_exit_remote(struct remote_vmctx* rvmctx)
 {
-    ptr_t lmnt = rvmctx->local_mnt;
-    for (size_t i = 0; i < rvmctx->page_cnt; i++, lmnt += MEM_PAGE)
-    {
-        vmm_del_mapping(VMS_SELF, lmnt);
-    }
+    pte_t* lptep = mkptep_va(VMS_SELF, rvmctx->local_mnt);
+    vmm_unset_ptes(lptep, rvmctx->page_cnt);
 }
\ No newline at end of file