Stops using boot_alloc during vm_init
[akaros.git] / kern / arch / x86 / pmap32.c
1 #ifdef __SHARC__
2 #pragma nosharc
3 #define SINIT(x) x
4 #endif
5
6 /* See COPYRIGHT for copyright information. */
7 #include <arch/x86.h>
8 #include <arch/arch.h>
9 #include <arch/mmu.h>
10 #include <arch/apic.h>
11
12 #include <error.h>
13 #include <sys/queue.h>
14
15 #include <atomic.h>
16 #include <string.h>
17 #include <assert.h>
18 #include <pmap.h>
19 #include <kclock.h>
20 #include <env.h>
21 #include <stdio.h>
22 #include <kmalloc.h>
23 #include <page_alloc.h>
24
25 // These variables are set in i386_vm_init()
26 pde_t* boot_pgdir;              // Virtual address of boot time page directory
27 physaddr_t RO boot_cr3;         // Physical address of boot time page directory
28
29 // Global descriptor table.
30 //
31 // The kernel and user segments are identical (except for the DPL).
32 // To load the SS register, the CPL must equal the DPL.  Thus,
33 // we must duplicate the segments for the user and the kernel.
34 //
35 segdesc_t gdt[] =
36 {
37         // 0x0 - unused (always faults -- for trapping NULL far pointers)
38         SEG_NULL,
39
40         // 0x8 - kernel code segment
41         [GD_KT >> 3] = SEG(STA_X | STA_R, 0x0, 0xffffffff, 0),
42
43         // 0x10 - kernel data segment
44         [GD_KD >> 3] = SEG(STA_W, 0x0, 0xffffffff, 0),
45
46         // 0x18 - user code segment
47         [GD_UT >> 3] = SEG(STA_X | STA_R, 0x0, 0xffffffff, 3),
48
49         // 0x20 - user data segment
50         [GD_UD >> 3] = SEG(STA_W, 0x0, 0xffffffff, 3),
51
52         // 0x28 - tss, initialized in idt_init()
53         [GD_TSS >> 3] = SEG_NULL,
54
55         // 0x30 - LDT, set per-process
56         [GD_LDT >> 3] = SEG_NULL
57 };
58
59 pseudodesc_t gdt_pd = {
60         sizeof(gdt) - 1, (unsigned long) gdt
61 };
62
63 // --------------------------------------------------------------
64 // Set up initial memory mappings and turn on MMU.
65 // --------------------------------------------------------------
66
67 static void check_boot_pgdir(bool pse);
68
69 //
70 // Map [la, la+size) of linear address space to physical [pa, pa+size)
71 // in the page table rooted at pgdir.  Size is a multiple of PGSIZE.
72 // Use permission bits perm|PTE_P for the entries.
73 //
74 // To map with Jumbos, set PTE_PS in perm
75 static void
76 boot_map_segment(pde_t *COUNT(NPDENTRIES) pgdir, uintptr_t la, size_t size, physaddr_t pa, int perm)
77 {
78         uintptr_t i;
79         pte_t *pte;
80         // la can be page unaligned, but weird things will happen
81         // unless pa has the same offset.  pa always truncates any
82         // possible offset.  will warn.  size can be weird too. 
83         if (PGOFF(la)) {
84                 warn("la not page aligned in boot_map_segment!");
85                 size += PGOFF(la);
86         }
87         if (perm & PTE_PS) {
88                 if (JPGOFF(la) || JPGOFF(pa))
89                         panic("Tried to map a Jumbo page at an unaligned address!");
90                 // need to index with i instead of la + size, in case of wrap-around
91                 for (i = 0; i < size; i += JPGSIZE, la += JPGSIZE, pa += JPGSIZE) {
92                         pte = pgdir_walk(pgdir, (void*)la, 2);
93                         assert(pte);
94                         *pte = PTE_ADDR(pa) | PTE_P | perm;
95                 }
96         } else {
97                 for (i = 0; i < size; i += PGSIZE, la += PGSIZE, pa += PGSIZE) {
98                         pte = pgdir_walk(pgdir, (void*)la, 1);
99                         assert(pte);
100                         if (*pte & PTE_PS)
101                                 // if we start using the extra flag for PAT, which we aren't,
102                                 // this will warn, since PTE_PS and PTE_PAT are the same....
103                                 warn("Possibly attempting to map a regular page into a Jumbo PDE");
104                         *pte = PTE_ADDR(pa) | PTE_P | perm;
105                 }
106         }
107 }
108
109 // Set up a two-level page table:
110 //    boot_pgdir is its linear (virtual) address of the root
111 //    boot_cr3 is the physical adresss of the root
112 // Then turn on paging.  Then effectively turn off segmentation.
113 // (i.e., the segment base addrs are set to zero).
114 // 
115 // This function only sets up the kernel part of the address space
116 // (ie. addresses >= ULIM).  The user part of the address space
117 // will be setup later.
118 //
119 // From UWLIM to ULIM, the user is allowed to read but not write.
120 // Above ULIM the user cannot read (or write). 
121 void
122 vm_init(void)
123 {
124         pde_t* pgdir;
125         uint32_t cr0, edx;
126         size_t n;
127         bool pse;
128
129         pse = enable_pse();
130         if (pse)
131                 cprintf("PSE capability detected.\n");
132
133         // we paniced earlier if we don't support PGE.  turn it on now.
134         // it's used in boot_map_segment, which covers all of the mappings that are
135         // the same for all address spaces.  and also for the VPT mapping below.
136         lcr4(rcr4() | CR4_PGE);
137
138         // set up mtrr's for core0.  other cores will do the same later
139         setup_default_mtrrs(0);
140
141         /*
142          * PSE status: 
143          * - can walk and set up boot_map_segments with jumbos but can't
144          *   insert yet.  need to look at the page_dir and friends.
145          * - anything related to a single struct page still can't handle 
146          *   jumbos.  will need to think about and adjust Page functions
147          * - do we want to store info like this in the struct page?  or just check
148          *   by walking the PTE
149          * - when we alloc a page, and we want it to be 4MB, we'll need
150          *   to have contiguous memory, etc
151          * - there's a difference between having 4MB page table entries
152          *   and having 4MB Page tracking structs.  changing the latter will
153          *   break a lot of things
154          * - showmapping and friends work on a 4KB granularity, but map to the
155          *   correct entries
156          * - need to not insert / boot_map a single page into an area that is 
157          *   already holding a jumbo page.  will need to break the jumbo up so that
158          *   we can then insert the lone page.  currently warns.
159          * - some inherent issues with the pgdir_walks returning a PTE, and we
160          *   don't know whether it is a jumbo (PDE) or a regular PTE.
161          */
162
163         //////////////////////////////////////////////////////////////////////
164         // create initial page directory.
165         pgdir = kpage_zalloc_addr();
166         assert(pgdir);
167         boot_pgdir = pgdir;
168         boot_cr3 = PADDR(pgdir);
169         // helpful if you want to manually walk with kvm / bochs
170         //printk("pgdir va = %p, pgdir pa = %p\n\n", pgdir, PADDR(pgdir));
171
172         //////////////////////////////////////////////////////////////////////
173         // Recursively insert PD in itself as a page table, to form
174         // a virtual page table at virtual address VPT.
175         // (For now, you don't have understand the greater purpose of the
176         // following two lines.  Unless you are eagle-eyed, in which case you
177         // should already know.)
178
179         // Permissions: kernel RW, user NONE, Global Page
180         pgdir[PDX(VPT)] = PADDR(pgdir) | PTE_W | PTE_P | PTE_G;
181
182         // same for UVPT
183         // Permissions: kernel R, user R, Global Page
184         pgdir[PDX(UVPT)] = PADDR(pgdir) | PTE_U | PTE_P | PTE_G;
185
186         //////////////////////////////////////////////////////////////////////
187         // Map all of physical memory at KERNBASE. 
188         // Ie.  the VA range [KERNBASE, 2^32) should map to
189         //      the PA range [0, 2^32 - KERNBASE)
190         // We might not have 2^32 - KERNBASE bytes of physical memory, but
191         // we just set up the mapping anyway.
192         // Permissions: kernel RW, user NONE
193         // Your code goes here: 
194         
195         // this maps all of the possible phys memory
196         // note the use of unsigned underflow to get size = 0x40000000
197         //boot_map_segment(pgdir, KERNBASE, -KERNBASE, 0, PTE_W);
198         // but this only maps what is available, and saves memory.  every 4MB of
199         // mapped memory requires a 2nd level page: 2^10 entries, each covering 2^12
200         // need to modify tests below to account for this
201         if (pse) {
202                 // map the first 4MB as regular entries, to support different MTRRs
203                 boot_map_segment(pgdir, KERNBASE, JPGSIZE, 0, PTE_W | PTE_G);
204                 boot_map_segment(pgdir, KERNBASE + JPGSIZE, max_paddr - JPGSIZE, JPGSIZE,
205                                  PTE_W | PTE_G | PTE_PS);
206         } else
207                 boot_map_segment(pgdir, KERNBASE, max_paddr, 0, PTE_W | PTE_G);
208
209         // APIC mapping: using PAT (but not *the* PAT flag) to make these type UC
210         // IOAPIC
211         boot_map_segment(pgdir, IOAPIC_BASE, PGSIZE, IOAPIC_PBASE, 
212                          PTE_PCD | PTE_PWT | PTE_W | PTE_G);
213         // Local APIC
214         boot_map_segment(pgdir, LAPIC_BASE, PGSIZE, LAPIC_PBASE,
215                          PTE_PCD | PTE_PWT | PTE_W | PTE_G);
216
217         // Check that the initial page directory has been set up correctly.
218         check_boot_pgdir(pse);
219
220         //////////////////////////////////////////////////////////////////////
221         // On x86, segmentation maps a VA to a LA (linear addr) and
222         // paging maps the LA to a PA.  I.e. VA => LA => PA.  If paging is
223         // turned off the LA is used as the PA.  Note: there is no way to
224         // turn off segmentation.  The closest thing is to set the base
225         // address to 0, so the VA => LA mapping is the identity.
226
227         // Current mapping: VA KERNBASE+x => PA x.
228         //     (segmentation base=-KERNBASE and paging is off)
229
230         // From here on down we must maintain this VA KERNBASE + x => PA x
231         // mapping, even though we are turning on paging and reconfiguring
232         // segmentation.
233
234         // Map VA 0:4MB same as VA KERNBASE, i.e. to PA 0:4MB.
235         // (Limits our kernel to <4MB)
236         /* They mean linear address 0:4MB, and the kernel < 4MB is only until 
237          * segmentation is turned off.
238          * once we turn on paging, segmentation is still on, so references to
239          * KERNBASE+x will get mapped to linear address x, which we need to make 
240          * sure can map to phys addr x, until we can turn off segmentation and
241          * KERNBASE+x maps to LA KERNBASE+x, which maps to PA x, via paging
242          */
243         pgdir[0] = pgdir[PDX(KERNBASE)];
244
245         // Install page table.
246         lcr3(boot_cr3);
247
248         // Turn on paging.
249         cr0 = rcr0();
250         // CD and NW should already be on, but just in case these turn on caching
251         cr0 |= CR0_PE|CR0_PG|CR0_AM|CR0_WP|CR0_NE|CR0_MP;
252         cr0 &= ~(CR0_TS|CR0_EM|CR0_CD|CR0_NW);
253         lcr0(cr0);
254
255         // Current mapping: KERNBASE+x => x => x.
256         // (x < 4MB so uses paging pgdir[0])
257
258         // Reload all segment registers.
259         asm volatile("lgdt gdt_pd");
260         asm volatile("movw %%ax,%%gs" :: "a" (GD_UD|3));
261         asm volatile("movw %%ax,%%fs" :: "a" (GD_UD|3));
262         asm volatile("movw %%ax,%%es" :: "a" (GD_KD));
263         asm volatile("movw %%ax,%%ds" :: "a" (GD_KD));
264         asm volatile("movw %%ax,%%ss" :: "a" (GD_KD));
265         asm volatile("ljmp %0,$1f\n 1:\n" :: "i" (GD_KT));  // reload cs
266         asm volatile("lldt %%ax" :: "a" (0));
267
268         // Final mapping: KERNBASE+x => KERNBASE+x => x.
269
270         // This mapping was only used after paging was turned on but
271         // before the segment registers were reloaded.
272         pgdir[0] = 0;
273
274         // Flush the TLB for good measure, to kill the pgdir[0] mapping.
275         tlb_flush_global();
276 }
277
278 //
279 // Checks that the kernel part of virtual address space
280 // has been setup roughly correctly(by i386_vm_init()).
281 //
282 // This function doesn't test every corner case,
283 // in fact it doesn't test the permission bits at all,
284 // but it is a pretty good sanity check. 
285 //
286 static physaddr_t check_va2pa(pde_t *COUNT(NPDENTRIES) pgdir, uintptr_t va);
287
288 static void
289 check_boot_pgdir(bool pse)
290 {
291         uint32_t i, n;
292         pde_t *pgdir, pte;
293
294         pgdir = boot_pgdir;
295
296         // check phys mem
297         //for (i = 0; KERNBASE + i != 0; i += PGSIZE)
298         // adjusted check to account for only mapping avail mem
299         if (pse)
300                 for (i = 0; i < max_paddr; i += JPGSIZE)
301                         assert(check_va2pa(pgdir, KERNBASE + i) == i);
302         else
303                 for (i = 0; i < max_paddr; i += PGSIZE)
304                         assert(check_va2pa(pgdir, KERNBASE + i) == i);
305
306         // check for zero/non-zero in PDEs
307         for (i = 0; i < NPDENTRIES; i++) {
308                 switch (i) {
309                 case PDX(VPT):
310                 case PDX(UVPT):
311                 case PDX(LAPIC_BASE): // LAPIC mapping.  TODO: remove when MTRRs are up
312                         assert(pgdir[i]);
313                         break;
314                 default:
315                         //if (i >= PDX(KERNBASE))
316                         // adjusted check to account for only mapping avail mem
317                         // and you can't KADDR maxpa (just above legal range)
318                         // max_paddr can be up to maxpa, so assume the worst
319                         if (i >= PDX(KERNBASE) && i <= PDX(KADDR(max_paddr-1)))
320                                 assert(pgdir[i]);
321                         else
322                                 assert(pgdir[i] == 0);
323                         break;
324                 }
325         }
326
327         /* check permissions
328          * user read-only.  check for user and write, should be only user
329          * eagle-eyed viewers should be able to explain the extra cases.
330          * for the mongoose-eyed, remember that weird shit happens when you loop
331          * through UVPT.  Specifically, you can't loop once, then look at a jumbo
332          * page that is kernel only.  That's the end of the page table for you, so
333          * having a U on the entry doesn't make sense.  Thus we check for a jumbo
334          * page, and special case it.  This will happen at 0xbf701000.  Why is this
335          * magical?  Get your eagle glasses and figure it out. */
336         for (i = UWLIM; i < ULIM; i+=PGSIZE) {
337                 pte = get_va_perms(pgdir, (void*SAFE)TC(i));
338                 if (pte & PTE_P) {
339                         if (i == UVPT+(VPT >> 10))
340                                 continue;
341                         if (*pgdir_walk(pgdir, (void*SAFE)TC(i), 0) & PTE_PS) {
342                                 assert((pte & PTE_U) != PTE_U);
343                                 assert((pte & PTE_W) != PTE_W);
344                         } else {
345                                 assert((pte & PTE_U) == PTE_U);
346                                 assert((pte & PTE_W) != PTE_W);
347                         }
348                 }
349         }
350         // kernel read-write.
351         for (i = ULIM; i <= KERNBASE + max_paddr - PGSIZE; i+=PGSIZE) {
352                 pte = get_va_perms(pgdir, (void*SAFE)TC(i));
353                 if ((pte & PTE_P) && (i != VPT+(UVPT>>10))) {
354                         assert((pte & PTE_U) != PTE_U);
355                         assert((pte & PTE_W) == PTE_W);
356                 }
357         }
358         // special mappings
359         pte = get_va_perms(pgdir, (void*SAFE)TC(UVPT+(VPT>>10)));
360         assert((pte & PTE_U) != PTE_U);
361         assert((pte & PTE_W) != PTE_W);
362
363         // note this means the kernel cannot directly manipulate this virtual address
364         // convince yourself this isn't a big deal, eagle-eyes!
365         pte = get_va_perms(pgdir, (void*SAFE)TC(VPT+(UVPT>>10)));
366         assert((pte & PTE_U) != PTE_U);
367         assert((pte & PTE_W) != PTE_W);
368
369         cprintf("check_boot_pgdir() succeeded!\n");
370 }
371
372 // This function returns the physical address of the page containing 'va',
373 // defined by the page directory 'pgdir'.  The hardware normally performs
374 // this functionality for us!  We define our own version to help check
375 // the check_boot_pgdir() function; it shouldn't be used elsewhere.
376
377 static physaddr_t
378 check_va2pa(pde_t *COUNT(NPDENTRIES) _pgdir, uintptr_t va)
379 {
380         pte_t *COUNT(NPTENTRIES) p;
381         pde_t *COUNT(1) pgdir;
382
383         pgdir = &_pgdir[PDX(va)];
384         if (!(*pgdir & PTE_P))
385                 return ~0;
386         if (*pgdir & PTE_PS)
387                 return PTE_ADDR(*pgdir);
388         p = (pte_t*COUNT(NPTENTRIES)) KADDR(PTE_ADDR(*pgdir));
389         if (!(p[PTX(va)] & PTE_P))
390                 return ~0;
391         return PTE_ADDR(p[PTX(va)]);
392 }
393
394 /* 
395  * Remove the second level page table associated with virtual address va.
396  * Will 0 out the PDE for that page table.
397  * Panics if the page table has any present entries.
398  * This should be called rarely and with good cause.
399  * Currently errors if the PDE is jumbo or not present.
400  */
401 error_t pagetable_remove(pde_t *pgdir, void *va)
402 {
403         pde_t* the_pde = &pgdir[PDX(va)];
404
405         if (!(*the_pde & PTE_P) || (*the_pde & PTE_PS))
406                 return -EFAULT;
407         pte_t* page_table = (pde_t*COUNT(NPTENTRIES))KADDR(PTE_ADDR(*the_pde));
408         for (int i = 0; i < NPTENTRIES; i++) 
409                 if (page_table[i] & PTE_P)
410                         panic("Page table not empty during attempted removal!");
411         *the_pde = 0;
412         page_decref(pa2page(PADDR(page_table)));
413         return 0;
414 }
415
416 // Given 'pgdir', a pointer to a page directory, pgdir_walk returns
417 // a pointer to the page table entry (PTE) for linear address 'va'.
418 // This requires walking the two-level page table structure.
419 //
420 // If the relevant page table doesn't exist in the page directory, then:
421 //    - If create == 0, pgdir_walk returns NULL.
422 //    - Otherwise, pgdir_walk tries to allocate a new page table
423 //      with page_alloc.  If this fails, pgdir_walk returns NULL.
424 //    - Otherwise, pgdir_walk returns a pointer into the new page table.
425 //
426 // Hint: you can turn a Page * into the physical address of the
427 // page it refers to with page2pa() from kern/pmap.h.
428 //
429 // Supports returning jumbo (4MB PSE) PTEs.  To create with a jumbo, pass in 2.
430 pte_t*
431 pgdir_walk(pde_t *pgdir, const void *SNT va, int create)
432 {
433         pde_t* the_pde = &pgdir[PDX(va)];
434         page_t *new_table;
435
436         if (*the_pde & PTE_P) {
437                 if (*the_pde & PTE_PS)
438                         return (pte_t*)the_pde;
439                 return &((pde_t*COUNT(NPTENTRIES))KADDR(PTE_ADDR(*the_pde)))[PTX(va)];
440         }
441         if (!create)
442                 return NULL;
443         if (create == 2) {
444                 if (JPGOFF(va))
445                         panic("Attempting to find a Jumbo PTE at an unaligned VA!");
446                 *the_pde = PTE_PS | PTE_P;
447                 return (pte_t*)the_pde;
448         }
449         if (kpage_alloc(&new_table))
450                 return NULL;
451         memset(page2kva(new_table), 0, PGSIZE);
452         /* storing our ref to new_table in the PTE */
453         *the_pde = (pde_t)page2pa(new_table) | PTE_P | PTE_W | PTE_U;
454         return &((pde_t*COUNT(NPTENTRIES))KADDR(PTE_ADDR(*the_pde)))[PTX(va)];
455 }
456
457 /* Returns the effective permissions for PTE_U, PTE_W, and PTE_P on a given
458  * virtual address.  Note we need to consider the composition of every PTE in
459  * the page table walk. */
460 int get_va_perms(pde_t *pgdir, const void *SNT va)
461 {
462         pde_t the_pde = pgdir[PDX(va)];
463         pte_t the_pte;
464
465         if (!(the_pde & PTE_P))
466                 return 0;
467         if (the_pde & PTE_PS)
468                 return the_pde & (PTE_U | PTE_W | PTE_P);
469         the_pte = ((pde_t*COUNT(NPTENTRIES))KADDR(PTE_ADDR(the_pde)))[PTX(va)];
470         if (!(the_pte & PTE_P))
471                 return 0;
472         return the_pte & the_pde & (PTE_U | PTE_W | PTE_P);
473 }
474
475 void
476 page_check(void)
477 {
478         page_t *pp, *pp0, *pp1, *pp2;
479         page_list_t fl[1024];
480         pte_t *ptep;
481
482         // should be able to allocate three pages
483         pp0 = pp1 = pp2 = 0;
484         assert(kpage_alloc(&pp0) == 0);
485         assert(kpage_alloc(&pp1) == 0);
486         assert(kpage_alloc(&pp2) == 0);
487
488         assert(pp0);
489         assert(pp1 && pp1 != pp0);
490         assert(pp2 && pp2 != pp1 && pp2 != pp0);
491
492         // temporarily steal the rest of the free pages
493         for(int i=0; i<llc_cache->num_colors; i++) {
494                 fl[i] = colored_page_free_list[i];
495                 LIST_INIT(&colored_page_free_list[i]);
496         }
497
498         // should be no free memory
499         assert(kpage_alloc(&pp) == -ENOMEM);
500
501         // Fill pp1 with bogus data and check for invalid tlb entries
502         memset(page2kva(pp1), 0xFFFFFFFF, PGSIZE);
503
504         // there is no page allocated at address 0
505         assert(page_lookup(boot_pgdir, (void *) 0x0, &ptep) == NULL);
506
507         // there is no free memory, so we can't allocate a page table 
508         assert(page_insert(boot_pgdir, pp1, 0x0, 0) < 0);
509
510         // free pp0 and try again: pp0 should be used for page table
511         page_decref(pp0);
512         assert(page_insert(boot_pgdir, pp1, 0x0, 0) == 0);
513         tlb_invalidate(boot_pgdir, 0x0);
514         // DEP Should have shot down invalid TLB entry - let's check
515         { TRUSTEDBLOCK
516           int *x = 0x0;
517           assert(*x == 0xFFFFFFFF);
518         }
519         assert(PTE_ADDR(boot_pgdir[0]) == page2pa(pp0));
520         assert(check_va2pa(boot_pgdir, 0x0) == page2pa(pp1));
521         assert(kref_refcnt(&pp1->pg_kref) == 2);
522         assert(kref_refcnt(&pp0->pg_kref) == 1);
523
524         // should be able to map pp2 at PGSIZE because pp0 is already allocated for page table
525         assert(page_insert(boot_pgdir, pp2, (void*SNT) PGSIZE, 0) == 0);
526         assert(check_va2pa(boot_pgdir, PGSIZE) == page2pa(pp2));
527         assert(kref_refcnt(&pp2->pg_kref) == 2);
528
529         // Make sure that pgdir_walk returns a pointer to the pte and
530         // not the table or some other garbage
531         {
532           pte_t *p = (pte_t*COUNT(NPTENTRIES))KADDR(PTE_ADDR(boot_pgdir[PDX(PGSIZE)]));
533           assert(pgdir_walk(boot_pgdir, (void *SNT)PGSIZE, 0) == &p[PTX(PGSIZE)]);
534         }
535
536         // should be no free memory
537         assert(kpage_alloc(&pp) == -ENOMEM);
538
539         // should be able to map pp2 at PGSIZE because it's already there
540         assert(page_insert(boot_pgdir, pp2, (void*SNT) PGSIZE, PTE_U) == 0);
541         assert(check_va2pa(boot_pgdir, PGSIZE) == page2pa(pp2));
542         assert(kref_refcnt(&pp2->pg_kref) == 2);
543
544         // Make sure that we actually changed the permission on pp2 when we re-mapped it
545         {
546           pte_t *p = pgdir_walk(boot_pgdir, (void*SNT)PGSIZE, 0);
547           assert(((*p) & PTE_U) == PTE_U);
548         }
549
550         // pp2 should NOT be on the free list
551         // could happen if ref counts are handled sloppily in page_insert
552         assert(kpage_alloc(&pp) == -ENOMEM);
553
554         // should not be able to map at PTSIZE because need free page for page table
555         assert(page_insert(boot_pgdir, pp0, (void*SNT) PTSIZE, 0) < 0);
556
557         // insert pp1 at PGSIZE (replacing pp2)
558         assert(page_insert(boot_pgdir, pp1, (void*SNT) PGSIZE, 0) == 0);
559
560         // should have pp1 at both 0 and PGSIZE, pp2 nowhere, ...
561         assert(check_va2pa(boot_pgdir, 0) == page2pa(pp1));
562         assert(check_va2pa(boot_pgdir, PGSIZE) == page2pa(pp1));
563         // ... and ref counts should reflect this
564         assert(kref_refcnt(&pp1->pg_kref) == 3);
565         assert(kref_refcnt(&pp2->pg_kref) == 1);
566
567         // pp2 should be returned by page_alloc
568         page_decref(pp2);       /* should free it */
569         assert(kpage_alloc(&pp) == 0 && pp == pp2);
570
571         // unmapping pp1 at 0 should keep pp1 at PGSIZE
572         page_remove(boot_pgdir, 0x0);
573         assert(check_va2pa(boot_pgdir, 0x0) == ~0);
574         assert(check_va2pa(boot_pgdir, PGSIZE) == page2pa(pp1));
575         assert(kref_refcnt(&pp1->pg_kref) == 2);
576         assert(kref_refcnt(&pp2->pg_kref) == 1);
577
578         // unmapping pp1 at PGSIZE should free it
579         page_remove(boot_pgdir, (void*SNT) PGSIZE);
580         assert(check_va2pa(boot_pgdir, 0x0) == ~0);
581         assert(check_va2pa(boot_pgdir, PGSIZE) == ~0);
582         assert(kref_refcnt(&pp1->pg_kref) == 1);
583         assert(kref_refcnt(&pp2->pg_kref) == 1);
584         page_decref(pp1);
585
586         // so it should be returned by page_alloc
587         assert(kpage_alloc(&pp) == 0 && pp == pp1);
588
589         // should be no free memory
590         assert(kpage_alloc(&pp) == -ENOMEM);
591
592         // forcibly take pp0 back
593         assert(PTE_ADDR(boot_pgdir[0]) == page2pa(pp0));
594         boot_pgdir[0] = 0;
595         assert(kref_refcnt(&pp0->pg_kref) == 1);
596
597         // Catch invalid pointer addition in pgdir_walk - i.e. pgdir + PDX(va)
598         {
599           // Give back pp0 for a bit
600           page_decref(pp0);
601
602           void *SNT va = (void *SNT)((PGSIZE * NPDENTRIES) + PGSIZE);
603           pte_t *p2 = pgdir_walk(boot_pgdir, va, 1);
604           pte_t *p = (pte_t*COUNT(NPTENTRIES))KADDR(PTE_ADDR(boot_pgdir[PDX(va)]));
605           assert(p2 == &p[PTX(va)]);
606
607           // Clean up again
608           boot_pgdir[PDX(va)] = 0;
609         }
610
611         // give free list back
612         for(int i=0; i<llc_cache->num_colors; i++)
613                 colored_page_free_list[i] = fl[i];
614
615         // free the pages we took
616         page_decref(pp0);
617         page_decref(pp1);
618         page_decref(pp2);
619         assert(!kref_refcnt(&pp0->pg_kref));
620         assert(!kref_refcnt(&pp1->pg_kref));
621         assert(!kref_refcnt(&pp2->pg_kref));
622
623         cprintf("page_check() succeeded!\n");
624 }
625
626 /* Walks len bytes from start, executing 'callback' on every PTE, passing it a
627  * specific VA and whatever arg is passed in.  Note, this cannot handle jumbo
628  * pages. */
629 int env_user_mem_walk(env_t* e, void* start, size_t len,
630                       mem_walk_callback_t callback, void* arg)
631 {
632         pte_t *pt;
633         uint32_t pdeno, pteno;
634         physaddr_t pa;
635
636         assert((uintptr_t)start % PGSIZE == 0 && len % PGSIZE == 0);
637         void* end = (char*)start+len;
638         uint32_t pdeno_start = PDX(start);
639         uint32_t pdeno_end = PDX(ROUNDUP(end,PTSIZE));
640         /* concerned about overflow.  this should catch it for now, given the above
641          * assert. */
642         assert((len == 0) || (pdeno_start < pdeno_end));
643
644         for (pdeno = pdeno_start; pdeno < pdeno_end; pdeno++) {
645                 if (!(e->env_pgdir[pdeno] & PTE_P))
646                         continue;
647                 /* find the pa and a pointer to the page table */
648                 pa = PTE_ADDR(e->env_pgdir[pdeno]);
649                 pt = (pte_t*COUNT(NPTENTRIES)) KADDR(pa);
650                 /* figure out where we start and end within the page table */
651                 uint32_t pteno_start = (pdeno == pdeno_start ? PTX(start) : 0);
652                 uint32_t pteno_end = (pdeno == pdeno_end - 1 && PTX(end) != 0 ?
653                                       PTX(end) : NPTENTRIES );
654                 int ret;
655                 for (pteno = pteno_start; pteno < pteno_end; pteno++) {
656                         if (!PAGE_UNMAPPED(pt[pteno]))
657                                 if((ret = callback(e, &pt[pteno], PGADDR(pdeno, pteno, 0), arg)))
658                                         return ret;
659                 }
660         }
661         return 0;
662 }
663
664 /* Frees (decrefs) all pages of the process's page table, including the page
665  * directory.  Does not free the memory that is actually mapped. */
666 void env_pagetable_free(env_t* e)
667 {
668         static_assert(UVPT % PTSIZE == 0);
669         assert(e->env_cr3 != rcr3());
670         for(uint32_t pdeno = 0; pdeno < PDX(UVPT); pdeno++)
671         {
672                 // only look at mapped page tables
673                 if (!(e->env_pgdir[pdeno] & PTE_P))
674                         continue;
675
676                 // find the pa and va of the page table
677                 physaddr_t pa = PTE_ADDR(e->env_pgdir[pdeno]);
678
679                 // free the page table itself
680                 e->env_pgdir[pdeno] = 0;
681                 page_decref(pa2page(pa));
682         }
683
684         // free the page directory
685         physaddr_t pa = e->env_cr3;
686         e->env_cr3 = 0;
687         page_decref(pa2page(pa));
688         tlbflush();
689 }