slab: Use a hashtable when looking up bufctls
[akaros.git] / kern / src / mm.c
1 /* Copyright (c) 2009, 2010 The Regents of the University of California
2  * Barret Rhoden <brho@cs.berkeley.edu>
3  * See LICENSE for details.
4  *
5  * Virtual memory management functions.  Creation, modification, etc, of virtual
6  * memory regions (VMRs) as well as mmap(), mprotect(), and munmap().
7  *
8  * In general, error checking / bounds checks are done in the main function
9  * (e.g. mmap()), and the work is done in a do_ function (e.g. do_mmap()).
10  * Versions of those functions that are called when the vmr lock is already held
11  * begin with __ (e.g. __do_munmap()).
12  *
13  * Note that if we were called from kern/src/syscall.c, we probably don't have
14  * an edible reference to p. */
15
16 #include <frontend.h>
17 #include <ros/common.h>
18 #include <pmap.h>
19 #include <mm.h>
20 #include <process.h>
21 #include <stdio.h>
22 #include <syscall.h>
23 #include <slab.h>
24 #include <kmalloc.h>
25 #include <vfs.h>
26 #include <smp.h>
27 #include <profiler.h>
28 #include <umem.h>
29 #include <init.h>
30
31 struct kmem_cache *vmr_kcache;
32
33 static int __vmr_free_pgs(struct proc *p, pte_t pte, void *va, void *arg);
34 static int populate_pm_va(struct proc *p, uintptr_t va, unsigned long nr_pgs,
35                           int pte_prot, struct page_map *pm, size_t offset,
36                           int flags, bool exec);
37
38 /* minor helper, will ease the file->chan transition */
39 static struct page_map *file2pm(struct file *file)
40 {
41         return file->f_mapping;
42 }
43
44 void vmr_init(void)
45 {
46         vmr_kcache = kmem_cache_create("vm_regions", sizeof(struct vm_region),
47                                        __alignof__(struct dentry), 0, 0, 0);
48 }
49
50 /* For now, the caller will set the prot, flags, file, and offset.  In the
51  * future, we may put those in here, to do clever things with merging vm_regions
52  * that are the same.
53  *
54  * TODO: take a look at solari's vmem alloc.  And consider keeping these in a
55  * tree of some sort for easier lookups. */
56 struct vm_region *create_vmr(struct proc *p, uintptr_t va, size_t len)
57 {
58         struct vm_region *vmr = 0, *vm_i, *vm_next;
59         uintptr_t gap_end;
60
61         assert(!PGOFF(va));
62         assert(!PGOFF(len));
63         assert(__is_user_addr((void*)va, len, UMAPTOP));
64         /* Is there room before the first one: */
65         vm_i = TAILQ_FIRST(&p->vm_regions);
66         /* This works for now, but if all we have is BRK_END ones, we'll start
67          * growing backwards (TODO) */
68         if (!vm_i || (va + len <= vm_i->vm_base)) {
69                 vmr = kmem_cache_alloc(vmr_kcache, 0);
70                 if (!vmr)
71                         panic("EOM!");
72                 memset(vmr, 0, sizeof(struct vm_region));
73                 vmr->vm_base = va;
74                 TAILQ_INSERT_HEAD(&p->vm_regions, vmr, vm_link);
75         } else {
76                 TAILQ_FOREACH(vm_i, &p->vm_regions, vm_link) {
77                         vm_next = TAILQ_NEXT(vm_i, vm_link);
78                         gap_end = vm_next ? vm_next->vm_base : UMAPTOP;
79                         /* skip til we get past the 'hint' va */
80                         if (va >= gap_end)
81                                 continue;
82                         /* Find a gap that is big enough */
83                         if (gap_end - vm_i->vm_end >= len) {
84                                 vmr = kmem_cache_alloc(vmr_kcache, 0);
85                                 if (!vmr)
86                                         panic("EOM!");
87                                 memset(vmr, 0, sizeof(struct vm_region));
88                                 /* if we can put it at va, let's do that.  o/w, put it so it
89                                  * fits */
90                                 if ((gap_end >= va + len) && (va >= vm_i->vm_end))
91                                         vmr->vm_base = va;
92                                 else
93                                         vmr->vm_base = vm_i->vm_end;
94                                 TAILQ_INSERT_AFTER(&p->vm_regions, vm_i, vmr, vm_link);
95                                 break;
96                         }
97                 }
98         }
99         /* Finalize the creation, if we got one */
100         if (vmr) {
101                 vmr->vm_proc = p;
102                 vmr->vm_end = vmr->vm_base + len;
103         }
104         if (!vmr)
105                 warn("Not making a VMR, wanted %p, + %p = %p", va, len, va + len);
106         return vmr;
107 }
108
109 /* Split a VMR at va, returning the new VMR.  It is set up the same way, with
110  * file offsets fixed accordingly.  'va' is the beginning of the new one, and
111  * must be page aligned. */
112 struct vm_region *split_vmr(struct vm_region *old_vmr, uintptr_t va)
113 {
114         struct vm_region *new_vmr;
115
116         assert(!PGOFF(va));
117         if ((old_vmr->vm_base >= va) || (old_vmr->vm_end <= va))
118                 return 0;
119         new_vmr = kmem_cache_alloc(vmr_kcache, 0);
120         TAILQ_INSERT_AFTER(&old_vmr->vm_proc->vm_regions, old_vmr, new_vmr,
121                            vm_link);
122         new_vmr->vm_proc = old_vmr->vm_proc;
123         new_vmr->vm_base = va;
124         new_vmr->vm_end = old_vmr->vm_end;
125         old_vmr->vm_end = va;
126         new_vmr->vm_prot = old_vmr->vm_prot;
127         new_vmr->vm_flags = old_vmr->vm_flags;
128         if (old_vmr->vm_file) {
129                 kref_get(&old_vmr->vm_file->f_kref, 1);
130                 new_vmr->vm_file = old_vmr->vm_file;
131                 new_vmr->vm_foff = old_vmr->vm_foff +
132                                       old_vmr->vm_end - old_vmr->vm_base;
133                 pm_add_vmr(file2pm(old_vmr->vm_file), new_vmr);
134         } else {
135                 new_vmr->vm_file = 0;
136                 new_vmr->vm_foff = 0;
137         }
138         return new_vmr;
139 }
140
141 /* Merges two vm regions.  For now, it will check to make sure they are the
142  * same.  The second one will be destroyed. */
143 int merge_vmr(struct vm_region *first, struct vm_region *second)
144 {
145         assert(first->vm_proc == second->vm_proc);
146         if ((first->vm_end != second->vm_base) ||
147             (first->vm_prot != second->vm_prot) ||
148             (first->vm_flags != second->vm_flags) ||
149             (first->vm_file != second->vm_file))
150                 return -1;
151         if ((first->vm_file) && (second->vm_foff != first->vm_foff +
152                                  first->vm_end - first->vm_base))
153                 return -1;
154         first->vm_end = second->vm_end;
155         destroy_vmr(second);
156         return 0;
157 }
158
159 /* Attempts to merge vmr with adjacent VMRs, returning a ptr to be used for vmr.
160  * It could be the same struct vmr, or possibly another one (usually lower in
161  * the address space. */
162 struct vm_region *merge_me(struct vm_region *vmr)
163 {
164         struct vm_region *vmr_temp;
165         /* Merge will fail if it cannot do it.  If it succeeds, the second VMR is
166          * destroyed, so we need to be a bit careful. */
167         vmr_temp = TAILQ_PREV(vmr, vmr_tailq, vm_link);
168         if (vmr_temp)
169                 if (!merge_vmr(vmr_temp, vmr))
170                         vmr = vmr_temp;
171         vmr_temp = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
172         if (vmr_temp)
173                 merge_vmr(vmr, vmr_temp);
174         return vmr;
175 }
176
177 /* Grows the vm region up to (and not including) va.  Fails if another is in the
178  * way, etc. */
179 int grow_vmr(struct vm_region *vmr, uintptr_t va)
180 {
181         assert(!PGOFF(va));
182         struct vm_region *next = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
183         if (next && next->vm_base < va)
184                 return -1;
185         if (va <= vmr->vm_end)
186                 return -1;
187         vmr->vm_end = va;
188         return 0;
189 }
190
191 /* Shrinks the vm region down to (and not including) va.  Whoever calls this
192  * will need to sort out the page table entries. */
193 int shrink_vmr(struct vm_region *vmr, uintptr_t va)
194 {
195         assert(!PGOFF(va));
196         if ((va < vmr->vm_base) || (va > vmr->vm_end))
197                 return -1;
198         vmr->vm_end = va;
199         return 0;
200 }
201
202 /* Called by the unmapper, just cleans up.  Whoever calls this will need to sort
203  * out the page table entries. */
204 void destroy_vmr(struct vm_region *vmr)
205 {
206         if (vmr->vm_file) {
207                 pm_remove_vmr(file2pm(vmr->vm_file), vmr);
208                 kref_put(&vmr->vm_file->f_kref);
209         }
210         TAILQ_REMOVE(&vmr->vm_proc->vm_regions, vmr, vm_link);
211         kmem_cache_free(vmr_kcache, vmr);
212 }
213
214 /* Given a va and a proc (later an mm, possibly), returns the owning vmr, or 0
215  * if there is none. */
216 struct vm_region *find_vmr(struct proc *p, uintptr_t va)
217 {
218         struct vm_region *vmr;
219         /* ugly linear seach */
220         TAILQ_FOREACH(vmr, &p->vm_regions, vm_link) {
221                 if ((vmr->vm_base <= va) && (vmr->vm_end > va))
222                         return vmr;
223         }
224         return 0;
225 }
226
227 /* Finds the first vmr after va (including the one holding va), or 0 if there is
228  * none. */
229 struct vm_region *find_first_vmr(struct proc *p, uintptr_t va)
230 {
231         struct vm_region *vmr;
232         /* ugly linear seach */
233         TAILQ_FOREACH(vmr, &p->vm_regions, vm_link) {
234                 if ((vmr->vm_base <= va) && (vmr->vm_end > va))
235                         return vmr;
236                 if (vmr->vm_base > va)
237                         return vmr;
238         }
239         return 0;
240 }
241
242 /* Makes sure that no VMRs cross either the start or end of the given region
243  * [va, va + len), splitting any VMRs that are on the endpoints. */
244 void isolate_vmrs(struct proc *p, uintptr_t va, size_t len)
245 {
246         struct vm_region *vmr;
247         if ((vmr = find_vmr(p, va)))
248                 split_vmr(vmr, va);
249         /* TODO: don't want to do another find (linear search) */
250         if ((vmr = find_vmr(p, va + len)))
251                 split_vmr(vmr, va + len);
252 }
253
254 void unmap_and_destroy_vmrs(struct proc *p)
255 {
256         struct vm_region *vmr_i, *vmr_temp;
257         /* this only gets called from __proc_free, so there should be no sync
258          * concerns.  still, better safe than sorry. */
259         spin_lock(&p->vmr_lock);
260         p->vmr_history++;
261         spin_lock(&p->pte_lock);
262         TAILQ_FOREACH(vmr_i, &p->vm_regions, vm_link) {
263                 /* note this CB sets the PTE = 0, regardless of if it was P or not */
264                 env_user_mem_walk(p, (void*)vmr_i->vm_base,
265                                   vmr_i->vm_end - vmr_i->vm_base, __vmr_free_pgs, 0);
266         }
267         spin_unlock(&p->pte_lock);
268         /* need the safe style, since destroy_vmr modifies the list.  also, we want
269          * to do this outside the pte lock, since it grabs the pm lock. */
270         TAILQ_FOREACH_SAFE(vmr_i, &p->vm_regions, vm_link, vmr_temp)
271                 destroy_vmr(vmr_i);
272         spin_unlock(&p->vmr_lock);
273 }
274
275 /* Helper: copies the contents of pages from p to new p.  For pages that aren't
276  * present, once we support swapping or CoW, we can do something more
277  * intelligent.  0 on success, -ERROR on failure.  Can't handle jumbos. */
278 static int copy_pages(struct proc *p, struct proc *new_p, uintptr_t va_start,
279                       uintptr_t va_end)
280 {
281         /* Sanity checks.  If these fail, we had a screwed up VMR.
282          * Check for: alignment, wraparound, or userspace addresses */
283         if ((PGOFF(va_start)) ||
284             (PGOFF(va_end)) ||
285             (va_end < va_start) ||      /* now, start > UMAPTOP -> end > UMAPTOP */
286             (va_end > UMAPTOP)) {
287                 warn("VMR mapping is probably screwed up (%p - %p)", va_start,
288                      va_end);
289                 return -EINVAL;
290         }
291         int copy_page(struct proc *p, pte_t pte, void *va, void *arg) {
292                 struct proc *new_p = (struct proc*)arg;
293                 struct page *pp;
294                 if (pte_is_unmapped(pte))
295                         return 0;
296                 /* pages could be !P, but right now that's only for file backed VMRs
297                  * undergoing page removal, which isn't the caller of copy_pages. */
298                 if (pte_is_mapped(pte)) {
299                         /* TODO: check for jumbos */
300                         if (upage_alloc(new_p, &pp, 0))
301                                 return -ENOMEM;
302                         memcpy(page2kva(pp), KADDR(pte_get_paddr(pte)), PGSIZE);
303                         if (page_insert(new_p->env_pgdir, pp, va, pte_get_settings(pte))) {
304                                 page_decref(pp);
305                                 return -ENOMEM;
306                         }
307                 } else if (pte_is_paged_out(pte)) {
308                         /* TODO: (SWAP) will need to either make a copy or CoW/refcnt the
309                          * backend store.  For now, this PTE will be the same as the
310                          * original PTE */
311                         panic("Swapping not supported!");
312                 } else {
313                         panic("Weird PTE %p in %s!", pte_print(pte), __FUNCTION__);
314                 }
315                 return 0;
316         }
317         return env_user_mem_walk(p, (void*)va_start, va_end - va_start, &copy_page,
318                                  new_p);
319 }
320
321 static int fill_vmr(struct proc *p, struct proc *new_p, struct vm_region *vmr)
322 {
323         int ret = 0;
324
325         if ((!vmr->vm_file) || (vmr->vm_flags & MAP_PRIVATE)) {
326                 assert(!(vmr->vm_flags & MAP_SHARED));
327                 ret = copy_pages(p, new_p, vmr->vm_base, vmr->vm_end);
328         } else {
329                 /* non-private file, i.e. page cacheable.  we have to honor MAP_LOCKED,
330                  * (but we might be able to ignore MAP_POPULATE). */
331                 if (vmr->vm_flags & MAP_LOCKED) {
332                         /* need to keep the file alive in case we unlock/block */
333                         kref_get(&vmr->vm_file->f_kref, 1);
334                         /* math is a bit nasty if vm_base isn't page aligned */
335                         assert(!PGOFF(vmr->vm_base));
336                         ret = populate_pm_va(new_p, vmr->vm_base,
337                                              (vmr->vm_end - vmr->vm_base) >> PGSHIFT,
338                                              vmr->vm_prot, vmr->vm_file->f_mapping,
339                                              vmr->vm_foff, vmr->vm_flags,
340                                              vmr->vm_prot & PROT_EXEC);
341                         kref_put(&vmr->vm_file->f_kref);
342                 }
343         }
344         return ret;
345 }
346
347 /* This will make new_p have the same VMRs as p, and it will make sure all
348  * physical pages are copied over, with the exception of MAP_SHARED files.
349  * MAP_SHARED files that are also MAP_LOCKED will be attached to the process -
350  * presumably they are in the page cache since the parent locked them.  This is
351  * all pretty nasty.
352  *
353  * This is used by fork().
354  *
355  * Note that if you are working on a VMR that is a file, you'll want to be
356  * careful about how it is mapped (SHARED, PRIVATE, etc). */
357 int duplicate_vmrs(struct proc *p, struct proc *new_p)
358 {
359         int ret = 0;
360         struct vm_region *vmr, *vm_i;
361
362         TAILQ_FOREACH(vm_i, &p->vm_regions, vm_link) {
363                 vmr = kmem_cache_alloc(vmr_kcache, 0);
364                 if (!vmr)
365                         return -ENOMEM;
366                 vmr->vm_proc = new_p;
367                 vmr->vm_base = vm_i->vm_base;
368                 vmr->vm_end = vm_i->vm_end;
369                 vmr->vm_prot = vm_i->vm_prot;
370                 vmr->vm_flags = vm_i->vm_flags;
371                 vmr->vm_file = vm_i->vm_file;
372                 vmr->vm_foff = vm_i->vm_foff;
373                 if (vm_i->vm_file) {
374                         kref_get(&vm_i->vm_file->f_kref, 1);
375                         pm_add_vmr(file2pm(vm_i->vm_file), vmr);
376                 }
377                 ret = fill_vmr(p, new_p, vmr);
378                 if (ret) {
379                         if (vm_i->vm_file) {
380                                 pm_remove_vmr(file2pm(vm_i->vm_file), vmr);
381                                 kref_put(&vm_i->vm_file->f_kref);
382                         }
383                         kmem_cache_free(vmr_kcache, vm_i);
384                         return ret;
385                 }
386                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_p->vm_regions, vmr, vm_link);
387         }
388         return 0;
389 }
390
391 void print_vmrs(struct proc *p)
392 {
393         int count = 0;
394         struct vm_region *vmr;
395         printk("VM Regions for proc %d\n", p->pid);
396         printk("NR:"
397                "                                     Range:"
398                "       Prot,"
399                "      Flags,"
400                "               File,"
401                "                Off\n");
402         TAILQ_FOREACH(vmr, &p->vm_regions, vm_link)
403                 printk("%02d: (%p - %p): 0x%08x, 0x%08x, %p, %p\n", count++,
404                        vmr->vm_base, vmr->vm_end, vmr->vm_prot, vmr->vm_flags,
405                        vmr->vm_file, vmr->vm_foff);
406 }
407
408 void enumerate_vmrs(struct proc *p,
409                                         void (*func)(struct vm_region *vmr, void *opaque),
410                                         void *opaque)
411 {
412         struct vm_region *vmr;
413
414         spin_lock(&p->vmr_lock);
415         TAILQ_FOREACH(vmr, &p->vm_regions, vm_link)
416                 func(vmr, opaque);
417         spin_unlock(&p->vmr_lock);
418 }
419
420 /* Error values aren't quite comprehensive - check man mmap() once we do better
421  * with the FS.
422  *
423  * The mmap call's offset is in units of PGSIZE (like Linux's mmap2()), but
424  * internally, the offset is tracked in bytes.  The reason for the PGSIZE is for
425  * 32bit apps to enumerate large files, but a full 64bit system won't need that.
426  * We track things internally in bytes since that is how file pointers work, vmr
427  * bases and ends, and similar math.  While it's not a hard change, there's no
428  * need for it, and ideally we'll be a fully 64bit system before we deal with
429  * files that large. */
430 void *mmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot, int flags,
431            int fd, size_t offset)
432 {
433         struct file *file = NULL;
434         offset <<= PGSHIFT;
435         printd("mmap(addr %x, len %x, prot %x, flags %x, fd %x, off %x)\n", addr,
436                len, prot, flags, fd, offset);
437         if (fd >= 0 && (flags & MAP_ANON)) {
438                 set_errno(EBADF);
439                 return MAP_FAILED;
440         }
441         if (!len) {
442                 set_errno(EINVAL);
443                 return MAP_FAILED;
444         }
445         if (fd != -1) {
446                 file = get_file_from_fd(&p->open_files, fd);
447                 if (!file) {
448                         set_errno(EBADF);
449                         return MAP_FAILED;
450                 }
451         }
452         /* Check for overflow.  This helps do_mmap and populate_va, among others. */
453         if (offset + len < offset) {
454                 set_errno(EINVAL);
455                 return MAP_FAILED;
456         }
457         /* If they don't care where to put it, we'll start looking after the break.
458          * We could just have userspace handle this (in glibc's mmap), so we don't
459          * need to know about BRK_END, but this will work for now (and may avoid
460          * bugs).  Note that this limits mmap(0) a bit.  Keep this in sync with
461          * __do_mmap()'s check.  (Both are necessary).  */
462         if (addr == 0)
463                 addr = BRK_END;
464         /* Still need to enforce this: */
465         addr = MAX(addr, MMAP_LOWEST_VA);
466         /* Need to check addr + len, after we do our addr adjustments */
467         if (!__is_user_addr((void*)addr, len, UMAPTOP)) {
468                 set_errno(EINVAL);
469                 return MAP_FAILED;
470         }
471         if (PGOFF(addr)) {
472                 set_errno(EINVAL);
473                 return MAP_FAILED;
474         }
475         void *result = do_mmap(p, addr, len, prot, flags, file, offset);
476         if (file)
477                 kref_put(&file->f_kref);
478         return result;
479 }
480
481 /* Helper: returns TRUE if the VMR is allowed to access the file with prot.
482  * This is a bit ghetto still: messes with the file mode and assumes it can walk
483  * the dentry/inode paths without locking.  It also ignores the CoW stuff we'll
484  * need to do eventually. */
485 static bool check_file_perms(struct vm_region *vmr, struct file *file, int prot)
486 {
487         assert(file);
488         if (prot & PROT_READ) {
489                 if (check_perms(file->f_dentry->d_inode, S_IRUSR))
490                         goto out_error;
491         }
492         if (prot & PROT_WRITE) {
493                 /* if vmr maps a file as MAP_SHARED, then we need to make sure the
494                  * protection change is in compliance with the open mode of the
495                  * file. */
496                 if (vmr->vm_flags & MAP_SHARED) {
497                         if (!(file->f_mode & S_IWUSR)) {
498                                 /* at this point, we have a file opened in the wrong mode,
499                                  * but we may be allowed to access it still. */
500                                 if (check_perms(file->f_dentry->d_inode, S_IWUSR)) {
501                                         goto out_error;
502                                 } else {
503                                         /* it is okay, though we need to change the file mode. (note
504                                          * the lack of a lock/protection (TODO) */
505                                         file->f_mode |= S_IWUSR;
506                                 }
507                         }
508                 } else {        /* PRIVATE mapping */
509                         /* TODO: we want a CoW mapping (like we want in handle_page_fault()),
510                          * since there is a concern of a process having the page already
511                          * mapped in to a file it does not have permissions to, and then
512                          * mprotecting it so it can access it.  So we can't just change
513                          * the prot, and we don't know yet if a page is mapped in.  To
514                          * handle this, we ought to sort out the CoW bit, and then this
515                          * will be easy.  Til then, just do a permissions check.  If we
516                          * start having weird issues with libc overwriting itself (since
517                          * procs mprotect that W), then change this. */
518                         if (check_perms(file->f_dentry->d_inode, S_IWUSR))
519                                 goto out_error;
520                 }
521         }
522         return TRUE;
523 out_error:      /* for debugging */
524         printk("[kernel] mmap perm check failed for %s for access %d\n",
525                file_name(file), prot);
526         return FALSE;
527 }
528
529 /* Helper, maps in page at addr, but only if nothing is mapped there.  Returns
530  * 0 on success.  Will take ownership of the page if @xfer is set (used by pmap
531  * code), including on error cases.  This just means we free it on error, and
532  * notionally store it in the PTE on success, which will get freed later.
533  *
534  * It's possible that a page has already been mapped here, in which case we'll
535  * treat as success.  So when we return 0, *a* page is mapped here, but not
536  * necessarily the one you passed in. */
537 static int map_page_at_addr(struct proc *p, struct page *page, uintptr_t addr,
538                             int prot, bool xfer)
539 {
540         pte_t pte;
541         spin_lock(&p->pte_lock);        /* walking and changing PTEs */
542         /* find offending PTE (prob don't read this in).  This might alloc an
543          * intermediate page table page. */
544         pte = pgdir_walk(p->env_pgdir, (void*)addr, TRUE);
545         if (!pte_walk_okay(pte)) {
546                 spin_unlock(&p->pte_lock);
547                 if (xfer)
548                         page_decref(page);
549                 return -ENOMEM;
550         }
551         /* a spurious, valid PF is possible due to a legit race: the page might have
552          * been faulted in by another core already (and raced on the memory lock),
553          * in which case we should just return. */
554         if (pte_is_present(pte)) {
555                 spin_unlock(&p->pte_lock);
556                 if (xfer)
557                         page_decref(page);
558                 return 0;
559         }
560         /* I used to allow clobbering an old entry (contrary to the documentation),
561          * but it's probably a sign of another bug. */
562         assert(!pte_is_mapped(pte));
563         /* preserve the dirty bit - pm removal could be looking concurrently */
564         prot |= (pte_is_dirty(pte) ? PTE_D : 0);
565         /* We have a ref to page, which we are storing in the PTE */
566         pte_write(pte, page2pa(page), prot);
567         spin_unlock(&p->pte_lock);
568         return 0;
569 }
570
571 /* Helper: copies *pp's contents to a new page, replacing your page pointer.  If
572  * this succeeds, you'll have a non-PM page, which matters for how you put it.*/
573 static int __copy_and_swap_pmpg(struct proc *p, struct page **pp)
574 {
575         struct page *new_page, *old_page = *pp;
576         if (upage_alloc(p, &new_page, FALSE))
577                 return -ENOMEM;
578         memcpy(page2kva(new_page), page2kva(old_page), PGSIZE);
579         pm_put_page(old_page);
580         *pp = new_page;
581         return 0;
582 }
583
584 /* Hold the VMR lock when you call this - it'll assume the entire VA range is
585  * mappable, which isn't true if there are concurrent changes to the VMRs. */
586 static int populate_anon_va(struct proc *p, uintptr_t va, unsigned long nr_pgs,
587                             int pte_prot)
588 {
589         struct page *page;
590         int ret;
591         for (long i = 0; i < nr_pgs; i++) {
592                 if (upage_alloc(p, &page, TRUE))
593                         return -ENOMEM;
594                 /* could imagine doing a memwalk instead of a for loop */
595                 ret = map_page_at_addr(p, page, va + i * PGSIZE, pte_prot, TRUE);
596                 if (ret)
597                         return ret;
598         }
599         return 0;
600 }
601
602 /* This will periodically unlock the vmr lock. */
603 static int populate_pm_va(struct proc *p, uintptr_t va, unsigned long nr_pgs,
604                           int pte_prot, struct page_map *pm, size_t offset,
605                           int flags, bool exec)
606 {
607         int ret = 0;
608         unsigned long pm_idx0 = offset >> PGSHIFT;
609         int vmr_history = ACCESS_ONCE(p->vmr_history);
610         struct page *page;
611
612         /* locking rules: start the loop holding the vmr lock, enter and exit the
613          * entire func holding the lock. */
614         for (long i = 0; i < nr_pgs; i++) {
615                 ret = pm_load_page_nowait(pm, pm_idx0 + i, &page);
616                 if (ret) {
617                         if (ret != -EAGAIN)
618                                 break;
619                         spin_unlock(&p->vmr_lock);
620                         /* might block here, can't hold the spinlock */
621                         ret = pm_load_page(pm, pm_idx0 + i, &page);
622                         spin_lock(&p->vmr_lock);
623                         if (ret)
624                                 break;
625                         /* while we were sleeping, the VMRs could have changed on us. */
626                         if (vmr_history != ACCESS_ONCE(p->vmr_history)) {
627                                 pm_put_page(page);
628                                 printk("[kernel] FYI: VMR changed during populate\n");
629                                 break;
630                         }
631                 }
632                 if (flags & MAP_PRIVATE) {
633                         ret = __copy_and_swap_pmpg(p, &page);
634                         if (ret) {
635                                 pm_put_page(page);
636                                 break;
637                         }
638                 }
639                 /* if this is an executable page, we might have to flush the
640                  * instruction cache if our HW requires it.
641                  * TODO: is this still needed?  andrew put this in a while ago*/
642                 if (exec)
643                         icache_flush_page(0, page2kva(page));
644                 /* The page could be either in the PM, or a private, now-anon page. */
645                 ret = map_page_at_addr(p, page, va + i * PGSIZE, pte_prot,
646                                        page_is_pagemap(page));
647                 if (page_is_pagemap(page))
648                         pm_put_page(page);
649                 if (ret)
650                         break;
651         }
652         return ret;
653 }
654
655 void *do_mmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot, int flags,
656               struct file *file, size_t offset)
657 {
658         len = ROUNDUP(len, PGSIZE);
659         struct vm_region *vmr, *vmr_temp;
660
661         /* read/write vmr lock (will change the tree) */
662         spin_lock(&p->vmr_lock);
663         p->vmr_history++;
664         /* Sanity check, for callers that bypass mmap().  We want addr for anon
665          * memory to start above the break limit (BRK_END), but not 0.  Keep this in
666          * sync with BRK_END in mmap(). */
667         if (addr == 0)
668                 addr = BRK_END;
669         assert(!PGOFF(offset));
670
671         /* MCPs will need their code and data pinned.  This check will start to fail
672          * after uthread_slim_init(), at which point userspace should have enough
673          * control over its mmaps (i.e. no longer done by LD or load_elf) that it
674          * can ask for pinned and populated pages.  Except for dl_opens(). */
675         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[0];
676         if (file && (atomic_read(&vcpd->flags) & VC_SCP_NOVCCTX))
677                 flags |= MAP_POPULATE | MAP_LOCKED;
678         /* Need to make sure nothing is in our way when we want a FIXED location.
679          * We just need to split on the end points (if they exist), and then remove
680          * everything in between.  __do_munmap() will do this.  Careful, this means
681          * an mmap can be an implied munmap() (not my call...). */
682         if (flags & MAP_FIXED)
683                 __do_munmap(p, addr, len);
684         vmr = create_vmr(p, addr, len);
685         if (!vmr) {
686                 printk("[kernel] do_mmap() aborted for %p + %p!\n", addr, len);
687                 set_errno(ENOMEM);
688                 spin_unlock(&p->vmr_lock);
689                 return MAP_FAILED;
690         }
691         addr = vmr->vm_base;
692         vmr->vm_prot = prot;
693         vmr->vm_flags = flags;
694         vmr->vm_foff = offset;
695         if (file) {
696                 if (!check_file_perms(vmr, file, prot)) {
697                         assert(!vmr->vm_file);
698                         destroy_vmr(vmr);
699                         set_errno(EACCES);
700                         spin_unlock(&p->vmr_lock);
701                         return MAP_FAILED;
702                 }
703                 /* TODO: consider locking the file while checking (not as manadatory as
704                  * in handle_page_fault() */
705                 if (nr_pages(offset + len) > nr_pages(file->f_dentry->d_inode->i_size)) {
706                         /* We're allowing them to set up the VMR, though if they attempt to
707                          * fault in any pages beyond the file's limit, they'll fail.  Since
708                          * they might not access the region, we need to make sure POPULATE
709                          * is off.  FYI, 64 bit glibc shared libs map in an extra 2MB of
710                          * unaligned space between their RO and RW sections, but then
711                          * immediately mprotect it to PROT_NONE. */
712                         flags &= ~MAP_POPULATE;
713                 }
714                 /* Prep the FS to make sure it can mmap the file.  Slightly weird
715                  * semantics: if we fail and had munmapped the space, they will have a
716                  * hole in their VM now. */
717                 if (file->f_op->mmap(file, vmr)) {
718                         assert(!vmr->vm_file);
719                         destroy_vmr(vmr);
720                         set_errno(EACCES);      /* not quite */
721                         spin_unlock(&p->vmr_lock);
722                         return MAP_FAILED;
723                 }
724                 kref_get(&file->f_kref, 1);
725                 pm_add_vmr(file2pm(file), vmr);
726         }
727         vmr->vm_file = file;
728         vmr = merge_me(vmr);            /* attempts to merge with neighbors */
729
730         if (flags & MAP_POPULATE && prot != PROT_NONE) {
731                 int pte_prot = (prot & PROT_WRITE) ? PTE_USER_RW :
732                            (prot & (PROT_READ|PROT_EXEC)) ? PTE_USER_RO : 0;
733                 unsigned long nr_pgs = len >> PGSHIFT;
734                 int ret = 0;
735                 if (!file) {
736                         ret = populate_anon_va(p, addr, nr_pgs, pte_prot);
737                 } else {
738                         /* Note: this will unlock if it blocks.  our refcnt on the file
739                          * keeps the pm alive when we unlock */
740                         ret = populate_pm_va(p, addr, nr_pgs, pte_prot, file->f_mapping,
741                                              offset, flags, prot & PROT_EXEC);
742                 }
743                 if (ret == -ENOMEM) {
744                         spin_unlock(&p->vmr_lock);
745                         printk("[kernel] ENOMEM, killing %d\n", p->pid);
746                         proc_destroy(p);
747                         return MAP_FAILED;      /* will never make it back to userspace */
748                 }
749         }
750         spin_unlock(&p->vmr_lock);
751
752         profiler_notify_mmap(p, addr, len, prot, flags, file, offset);
753
754         return (void*)addr;
755 }
756
757 int mprotect(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot)
758 {
759         int ret;
760
761         printd("mprotect: (addr %p, len %p, prot 0x%x)\n", addr, len, prot);
762         if (!len)
763                 return 0;
764         len = ROUNDUP(len, PGSIZE);
765         if (PGOFF(addr)) {
766                 set_errno(EINVAL);
767                 return -1;
768         }
769         if (!__is_user_addr((void*)addr, len, UMAPTOP)) {
770                 set_errno(ENOMEM);
771                 return -1;
772         }
773         /* read/write lock, will probably change the tree and settings */
774         spin_lock(&p->vmr_lock);
775         p->vmr_history++;
776         ret = __do_mprotect(p, addr, len, prot);
777         spin_unlock(&p->vmr_lock);
778         return ret;
779 }
780
781 /* This does not care if the region is not mapped.  POSIX says you should return
782  * ENOMEM if any part of it is unmapped.  Can do this later if we care, based on
783  * the VMRs, not the actual page residency. */
784 int __do_mprotect(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot)
785 {
786         struct vm_region *vmr, *next_vmr;
787         pte_t pte;
788         bool shootdown_needed = FALSE;
789         int pte_prot = (prot & PROT_WRITE) ? PTE_USER_RW :
790                        (prot & (PROT_READ|PROT_EXEC)) ? PTE_USER_RO : PTE_NONE;
791         /* TODO: this is aggressively splitting, when we might not need to if the
792          * prots are the same as the previous.  Plus, there are three excessive
793          * scans.  Finally, we might be able to merge when we are done. */
794         isolate_vmrs(p, addr, len);
795         vmr = find_first_vmr(p, addr);
796         while (vmr && vmr->vm_base < addr + len) {
797                 if (vmr->vm_prot == prot)
798                         continue;
799                 if (vmr->vm_file && !check_file_perms(vmr, vmr->vm_file, prot)) {
800                         set_errno(EACCES);
801                         return -1;
802                 }
803                 vmr->vm_prot = prot;
804                 spin_lock(&p->pte_lock);        /* walking and changing PTEs */
805                 /* TODO: use a memwalk.  At a minimum, we need to change every existing
806                  * PTE that won't trigger a PF (meaning, present PTEs) to have the new
807                  * prot.  The others will fault on access, and we'll change the PTE
808                  * then.  In the off chance we have a mapped but not present PTE, we
809                  * might as well change it too, since we're already here. */
810                 for (uintptr_t va = vmr->vm_base; va < vmr->vm_end; va += PGSIZE) {
811                         pte = pgdir_walk(p->env_pgdir, (void*)va, 0);
812                         if (pte_walk_okay(pte) && pte_is_mapped(pte)) {
813                                 pte_replace_perm(pte, pte_prot);
814                                 shootdown_needed = TRUE;
815                         }
816                 }
817                 spin_unlock(&p->pte_lock);
818                 vmr = merge_me(vmr);
819                 next_vmr = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
820                 vmr = next_vmr;
821         }
822         if (shootdown_needed)
823                 proc_tlbshootdown(p, addr, addr + len);
824         return 0;
825 }
826
827 int munmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len)
828 {
829         int ret;
830
831         printd("munmap(addr %x, len %x)\n", addr, len);
832         if (!len)
833                 return 0;
834         len = ROUNDUP(len, PGSIZE);
835         if (PGOFF(addr)) {
836                 set_errno(EINVAL);
837                 return -1;
838         }
839         if (!__is_user_addr((void*)addr, len, UMAPTOP)) {
840                 set_errno(EINVAL);
841                 return -1;
842         }
843         /* read/write: changing the vmrs (trees, properties, and whatnot) */
844         spin_lock(&p->vmr_lock);
845         p->vmr_history++;
846         ret = __do_munmap(p, addr, len);
847         spin_unlock(&p->vmr_lock);
848         return ret;
849 }
850
851 static int __munmap_mark_not_present(struct proc *p, pte_t pte, void *va,
852                                      void *arg)
853 {
854         bool *shootdown_needed = (bool*)arg;
855         /* could put in some checks here for !P and also !0 */
856         if (!pte_is_present(pte))       /* unmapped (== 0) *ptes are also not PTE_P */
857                 return 0;
858         pte_clear_present(pte);
859         *shootdown_needed = TRUE;
860         return 0;
861 }
862
863 /* If our page is actually in the PM, we don't do anything.  All a page map
864  * really needs is for our VMR to no longer track it (vmr being in the pm's
865  * list) and to not point at its pages (mark it 0, dude).
866  *
867  * But private mappings mess with that a bit.  Luckily, we can tell by looking
868  * at a page whether the specific page is in the PM or not.  If it isn't, we
869  * still need to free our "VMR local" copy.
870  *
871  * For pages in a PM, we're racing with PM removers.  Both of us sync with the
872  * mm lock, so once we hold the lock, it's a matter of whether or not the PTE is
873  * 0 or not.  If it isn't, then we're still okay to look at the page.  Consider
874  * the PTE a weak ref on the page.  So long as you hold the mm lock, you can
875  * look at the PTE and know the page isn't being freed. */
876 static int __vmr_free_pgs(struct proc *p, pte_t pte, void *va, void *arg)
877 {
878         struct page *page;
879         if (pte_is_unmapped(pte))
880                 return 0;
881         page = pa2page(pte_get_paddr(pte));
882         pte_clear(pte);
883         if (!page_is_pagemap(page))
884                 page_decref(page);
885         return 0;
886 }
887
888 int __do_munmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len)
889 {
890         struct vm_region *vmr, *next_vmr, *first_vmr;
891         bool shootdown_needed = FALSE;
892
893         /* TODO: this will be a bit slow, since we end up doing three linear
894          * searches (two in isolate, one in find_first). */
895         isolate_vmrs(p, addr, len);
896         first_vmr = find_first_vmr(p, addr);
897         vmr = first_vmr;
898         spin_lock(&p->pte_lock);        /* changing PTEs */
899         while (vmr && vmr->vm_base < addr + len) {
900                 env_user_mem_walk(p, (void*)vmr->vm_base, vmr->vm_end - vmr->vm_base,
901                                   __munmap_mark_not_present, &shootdown_needed);
902                 vmr = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
903         }
904         spin_unlock(&p->pte_lock);
905         /* we haven't freed the pages yet; still using the PTEs to store the them.
906          * There should be no races with inserts/faults, since we still hold the mm
907          * lock since the previous CB. */
908         if (shootdown_needed)
909                 proc_tlbshootdown(p, addr, addr + len);
910         vmr = first_vmr;
911         while (vmr && vmr->vm_base < addr + len) {
912                 /* there is rarely more than one VMR in this loop.  o/w, we'll need to
913                  * gather up the vmrs and destroy outside the pte_lock. */
914                 spin_lock(&p->pte_lock);        /* changing PTEs */
915                 env_user_mem_walk(p, (void*)vmr->vm_base, vmr->vm_end - vmr->vm_base,
916                                       __vmr_free_pgs, 0);
917                 spin_unlock(&p->pte_lock);
918                 next_vmr = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
919                 destroy_vmr(vmr);
920                 vmr = next_vmr;
921         }
922         return 0;
923 }
924
925 /* Helper - drop the page differently based on where it is from */
926 static void __put_page(struct page *page)
927 {
928         if (page_is_pagemap(page))
929                 pm_put_page(page);
930         else
931                 page_decref(page);
932 }
933
934 static int __hpf_load_page(struct proc *p, struct page_map *pm,
935                            unsigned long idx, struct page **page, bool first)
936 {
937         int ret = 0;
938         int coreid = core_id();
939         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
940         bool wake_scp = FALSE;
941         spin_lock(&p->proc_lock);
942         switch (p->state) {
943                 case (PROC_RUNNING_S):
944                         wake_scp = TRUE;
945                         __proc_set_state(p, PROC_WAITING);
946                         /* it's possible for HPF to loop a few times; we can only save the
947                          * first time, o/w we could clobber. */
948                         if (first) {
949                                 __proc_save_context_s(p);
950                                 __proc_save_fpu_s(p);
951                                 /* We clear the owner, since userspace doesn't run here
952                                  * anymore, but we won't abandon since the fault handler
953                                  * still runs in our process. */
954                                 clear_owning_proc(coreid);
955                         }
956                         /* other notes: we don't currently need to tell the ksched
957                          * we switched from running to waiting, though we probably
958                          * will later for more generic scheds. */
959                         break;
960                 case (PROC_RUNNABLE_M):
961                 case (PROC_RUNNING_M):
962                         spin_unlock(&p->proc_lock);
963                         return -EAGAIN; /* will get reflected back to userspace */
964                 case (PROC_DYING):
965                 case (PROC_DYING_ABORT):
966                         spin_unlock(&p->proc_lock);
967                         return -EINVAL;
968                 default:
969                         /* shouldn't have any waitings, under the current yield style.  if
970                          * this becomes an issue, we can branch on is_mcp(). */
971                         printk("HPF unexpectecd state(%s)", procstate2str(p->state));
972                         spin_unlock(&p->proc_lock);
973                         return -EINVAL;
974         }
975         spin_unlock(&p->proc_lock);
976         ret = pm_load_page(pm, idx, page);
977         if (wake_scp)
978                 proc_wakeup(p);
979         if (ret) {
980                 printk("load failed with ret %d\n", ret);
981                 return ret;
982         }
983         /* need to put our old ref, next time around HPF will get another. */
984         pm_put_page(*page);
985         return 0;
986 }
987
988 /* Returns 0 on success, or an appropriate -error code.
989  *
990  * Notes: if your TLB caches negative results, you'll need to flush the
991  * appropriate tlb entry.  Also, you could have a weird race where a present PTE
992  * faulted for a different reason (was mprotected on another core), and the
993  * shootdown is on its way.  Userspace should have waited for the mprotect to
994  * return before trying to write (or whatever), so we don't care and will fault
995  * them. */
996 static int __hpf(struct proc *p, uintptr_t va, int prot, bool file_ok)
997 {
998         struct vm_region *vmr;
999         struct page *a_page;
1000         unsigned int f_idx;     /* index of the missing page in the file */
1001         int ret = 0;
1002         bool first = TRUE;
1003         va = ROUNDDOWN(va,PGSIZE);
1004
1005 refault:
1006         /* read access to the VMRs TODO: RCU */
1007         spin_lock(&p->vmr_lock);
1008         /* Check the vmr's protection */
1009         vmr = find_vmr(p, va);
1010         if (!vmr) {                                                     /* not mapped at all */
1011                 printd("fault: %p not mapped\n", va);
1012                 ret = -EFAULT;
1013                 goto out;
1014         }
1015         if (!(vmr->vm_prot & prot)) {           /* wrong prots for this vmr */
1016                 ret = -EPERM;
1017                 goto out;
1018         }
1019         if (!vmr->vm_file) {
1020                 /* No file - just want anonymous memory */
1021                 if (upage_alloc(p, &a_page, TRUE)) {
1022                         ret = -ENOMEM;
1023                         goto out;
1024                 }
1025         } else {
1026                 if (!file_ok)
1027                         return -EACCES;
1028                 /* If this fails, either something got screwed up with the VMR, or the
1029                  * permissions changed after mmap/mprotect.  Either way, I want to know
1030                  * (though it's not critical). */
1031                 if (!check_file_perms(vmr, vmr->vm_file, prot))
1032                         printk("[kernel] possible issue with VMR prots on file %s!\n",
1033                                file_name(vmr->vm_file));
1034                 /* Load the file's page in the page cache.
1035                  * TODO: (BLK) Note, we are holding the mem lock!  We need to rewrite
1036                  * this stuff so we aren't hold the lock as excessively as we are, and
1037                  * such that we can block and resume later. */
1038                 assert(!PGOFF(va - vmr->vm_base + vmr->vm_foff));
1039                 f_idx = (va - vmr->vm_base + vmr->vm_foff) >> PGSHIFT;
1040                 /* TODO: need some sort of lock on the file to deal with someone
1041                  * concurrently shrinking it.  Adding 1 to f_idx, since it is
1042                  * zero-indexed */
1043                 if (f_idx + 1 > nr_pages(vmr->vm_file->f_dentry->d_inode->i_size)) {
1044                         /* We're asking for pages that don't exist in the file */
1045                         /* TODO: unlock the file */
1046                         ret = -ESPIPE; /* linux sends a SIGBUS at access time */
1047                         goto out;
1048                 }
1049                 ret = pm_load_page_nowait(vmr->vm_file->f_mapping, f_idx, &a_page);
1050                 if (ret) {
1051                         if (ret != -EAGAIN)
1052                                 goto out;
1053                         /* keep the file alive after we unlock */
1054                         kref_get(&vmr->vm_file->f_kref, 1);
1055                         spin_unlock(&p->vmr_lock);
1056                         ret = __hpf_load_page(p, vmr->vm_file->f_mapping, f_idx, &a_page,
1057                                               first);
1058                         first = FALSE;
1059                         kref_put(&vmr->vm_file->f_kref);
1060                         if (ret)
1061                                 return ret;
1062                         goto refault;
1063                 }
1064                 /* If we want a private map, we'll preemptively give you a new page.  We
1065                  * used to just care if it was private and writable, but were running
1066                  * into issues with libc changing its mapping (map private, then
1067                  * mprotect to writable...)  In the future, we want to CoW this anyway,
1068                  * so it's not a big deal. */
1069                 if ((vmr->vm_flags & MAP_PRIVATE)) {
1070                         ret = __copy_and_swap_pmpg(p, &a_page);
1071                         if (ret)
1072                                 goto out_put_pg;
1073                 }
1074                 /* if this is an executable page, we might have to flush the instruction
1075                  * cache if our HW requires it. */
1076                 if (vmr->vm_prot & PROT_EXEC)
1077                         icache_flush_page((void*)va, page2kva(a_page));
1078         }
1079         /* update the page table TODO: careful with MAP_PRIVATE etc.  might do this
1080          * separately (file, no file) */
1081         int pte_prot = (vmr->vm_prot & PROT_WRITE) ? PTE_USER_RW :
1082                        (vmr->vm_prot & (PROT_READ|PROT_EXEC)) ? PTE_USER_RO : 0;
1083         ret = map_page_at_addr(p, a_page, va, pte_prot, page_is_pagemap(a_page));
1084         /* fall through, even for errors */
1085 out_put_pg:
1086         /* the VMR's existence in the PM (via the mmap) allows us to have PTE point
1087          * to a_page without it magically being reallocated.  For non-PM memory
1088          * (anon memory or private pages) we transferred the ref to the PTE. */
1089         if (page_is_pagemap(a_page))
1090                 pm_put_page(a_page);
1091 out:
1092         spin_unlock(&p->vmr_lock);
1093         return ret;
1094 }
1095
1096 int handle_page_fault(struct proc *p, uintptr_t va, int prot)
1097 {
1098         return __hpf(p, va, prot, TRUE);
1099 }
1100
1101 int handle_page_fault_nofile(struct proc *p, uintptr_t va, int prot)
1102 {
1103         return __hpf(p, va, prot, FALSE);
1104 }
1105
1106 /* Attempts to populate the pages, as if there was a page faults.  Bails on
1107  * errors, and returns the number of pages populated.  */
1108 unsigned long populate_va(struct proc *p, uintptr_t va, unsigned long nr_pgs)
1109 {
1110         struct vm_region *vmr, vmr_copy;
1111         unsigned long nr_pgs_this_vmr;
1112         unsigned long nr_filled = 0;
1113         struct page *page;
1114         int pte_prot;
1115         int ret;
1116
1117         /* we can screw around with ways to limit the find_vmr calls (can do the
1118          * next in line if we didn't unlock, etc., but i don't expect us to do this
1119          * for more than a single VMR in most cases. */
1120         spin_lock(&p->vmr_lock);
1121         while (nr_pgs) {
1122                 vmr = find_vmr(p, va);
1123                 if (!vmr)
1124                         break;
1125                 if (vmr->vm_prot == PROT_NONE)
1126                         break;
1127                 pte_prot = (vmr->vm_prot & PROT_WRITE) ? PTE_USER_RW :
1128                            (vmr->vm_prot & (PROT_READ|PROT_EXEC)) ? PTE_USER_RO : 0;
1129                 nr_pgs_this_vmr = MIN(nr_pgs, (vmr->vm_end - va) >> PGSHIFT);
1130                 if (!vmr->vm_file) {
1131                         if (populate_anon_va(p, va, nr_pgs_this_vmr, pte_prot)) {
1132                                 /* on any error, we can just bail.  we might be underestimating
1133                                  * nr_filled. */
1134                                 break;
1135                         }
1136                 } else {
1137                         /* need to keep the file alive in case we unlock/block */
1138                         kref_get(&vmr->vm_file->f_kref, 1);
1139                         /* Regarding foff + (va - base): va - base < len, and foff + len
1140                          * does not over flow */
1141                         ret = populate_pm_va(p, va, nr_pgs_this_vmr, pte_prot,
1142                                              vmr->vm_file->f_mapping,
1143                                              vmr->vm_foff + (va - vmr->vm_base),
1144                                              vmr->vm_flags, vmr->vm_prot & PROT_EXEC);
1145                         kref_put(&vmr->vm_file->f_kref);
1146                         if (ret) {
1147                                 /* we might have failed if the underlying file doesn't cover the
1148                                  * mmap window, depending on how we'll deal with truncation. */
1149                                 break;
1150                         }
1151                 }
1152                 nr_filled += nr_pgs_this_vmr;
1153                 va += nr_pgs_this_vmr << PGSHIFT;
1154                 nr_pgs -= nr_pgs_this_vmr;
1155         }
1156         spin_unlock(&p->vmr_lock);
1157         return nr_filled;
1158 }
1159
1160 /* Kernel Dynamic Memory Mappings */
1161 uintptr_t dyn_vmap_llim = KERN_DYN_TOP;
1162 spinlock_t dyn_vmap_lock = SPINLOCK_INITIALIZER;
1163
1164 /* Reserve space in the kernel dynamic memory map area */
1165 uintptr_t get_vmap_segment(unsigned long num_pages)
1166 {
1167         uintptr_t retval;
1168         spin_lock(&dyn_vmap_lock);
1169         retval = dyn_vmap_llim - num_pages * PGSIZE;
1170         if ((retval > ULIM) && (retval < KERN_DYN_TOP)) {
1171                 dyn_vmap_llim = retval;
1172         } else {
1173                 warn("[kernel] dynamic mapping failed!");
1174                 retval = 0;
1175         }
1176         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
1177         return retval;
1178 }
1179
1180 /* Give up your space.  Note this isn't supported yet */
1181 uintptr_t put_vmap_segment(uintptr_t vaddr, unsigned long num_pages)
1182 {
1183         /* TODO: use vmem regions for adjustable vmap segments */
1184         warn("Not implemented, leaking vmem space.\n");
1185         return 0;
1186 }
1187
1188 /* Map a virtual address chunk to physical addresses.  Make sure you got a vmap
1189  * segment before actually trying to do the mapping.
1190  *
1191  * Careful with more than one 'page', since it will assume your physical pages
1192  * are also contiguous.  Most callers will only use one page.
1193  *
1194  * Finally, note that this does not care whether or not there are real pages
1195  * being mapped, and will not attempt to incref your page (if there is such a
1196  * thing).  Handle your own refcnting for pages. */
1197 int map_vmap_segment(uintptr_t vaddr, uintptr_t paddr, unsigned long num_pages,
1198                      int perm)
1199 {
1200         /* For now, we only handle the root pgdir, and not any of the other ones
1201          * (like for processes).  To do so, we'll need to insert into every pgdir,
1202          * and send tlb shootdowns to those that are active (which we don't track
1203          * yet). */
1204         assert(booting);
1205
1206         /* TODO: (MM) you should lock on boot pgdir modifications.  A vm region lock
1207          * isn't enough, since there might be a race on outer levels of page tables.
1208          * For now, we'll just use the dyn_vmap_lock (which technically works). */
1209         spin_lock(&dyn_vmap_lock);
1210         pte_t pte;
1211 #ifdef CONFIG_X86
1212         perm |= PTE_G;
1213 #endif
1214         for (int i = 0; i < num_pages; i++) {
1215                 pte = pgdir_walk(boot_pgdir, (void*)(vaddr + i * PGSIZE), 1);
1216                 if (!pte_walk_okay(pte)) {
1217                         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
1218                         return -ENOMEM;
1219                 }
1220                 /* You probably should have unmapped first */
1221                 if (pte_is_mapped(pte))
1222                         warn("Existing PTE value %p\n", pte_print(pte));
1223                 pte_write(pte, paddr + i * PGSIZE, perm);
1224         }
1225         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
1226         return 0;
1227 }
1228
1229 /* Unmaps / 0's the PTEs of a chunk of vaddr space */
1230 int unmap_vmap_segment(uintptr_t vaddr, unsigned long num_pages)
1231 {
1232         /* Not a big deal - won't need this til we do something with kthreads */
1233         warn("Incomplete, don't call this yet.");
1234         spin_lock(&dyn_vmap_lock);
1235         /* TODO: For all pgdirs */
1236         pte_t pte;
1237         for (int i = 0; i < num_pages; i++) {
1238                 pte = pgdir_walk(boot_pgdir, (void*)(vaddr + i * PGSIZE), 1);
1239                 if (pte_walk_okay(pte))
1240                         pte_clear(pte);
1241         }
1242         /* TODO: TLB shootdown.  Also note that the global flag is set on the PTE
1243          * (for x86 for now), which requires a global shootdown.  bigger issue is
1244          * the TLB shootdowns for multiple pgdirs.  We'll need to remove from every
1245          * pgdir, and send tlb shootdowns to those that are active (which we don't
1246          * track yet). */
1247         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
1248         return 0;
1249 }
1250
1251 /* This can handle unaligned paddrs */
1252 static uintptr_t vmap_pmem_flags(uintptr_t paddr, size_t nr_bytes, int flags)
1253 {
1254         uintptr_t vaddr;
1255         unsigned long nr_pages;
1256         assert(nr_bytes && paddr);
1257         nr_bytes += PGOFF(paddr);
1258         nr_pages = ROUNDUP(nr_bytes, PGSIZE) >> PGSHIFT;
1259         vaddr = get_vmap_segment(nr_pages);
1260         if (!vaddr) {
1261                 warn("Unable to get a vmap segment");   /* probably a bug */
1262                 return 0;
1263         }
1264         /* it's not strictly necessary to drop paddr's pgoff, but it might save some
1265          * vmap heartache in the future. */
1266         if (map_vmap_segment(vaddr, PG_ADDR(paddr), nr_pages,
1267                              PTE_KERN_RW | flags)) {
1268                 warn("Unable to map a vmap segment");   /* probably a bug */
1269                 return 0;
1270         }
1271         return vaddr + PGOFF(paddr);
1272 }
1273
1274 uintptr_t vmap_pmem(uintptr_t paddr, size_t nr_bytes)
1275 {
1276         return vmap_pmem_flags(paddr, nr_bytes, 0);
1277 }
1278
1279 uintptr_t vmap_pmem_nocache(uintptr_t paddr, size_t nr_bytes)
1280 {
1281         return vmap_pmem_flags(paddr, nr_bytes, PTE_NOCACHE);
1282 }
1283
1284 uintptr_t vmap_pmem_writecomb(uintptr_t paddr, size_t nr_bytes)
1285 {
1286         return vmap_pmem_flags(paddr, nr_bytes, PTE_WRITECOMB);
1287 }
1288
1289 int vunmap_vmem(uintptr_t vaddr, size_t nr_bytes)
1290 {
1291         unsigned long nr_pages = ROUNDUP(nr_bytes, PGSIZE) >> PGSHIFT;
1292         unmap_vmap_segment(vaddr, nr_pages);
1293         put_vmap_segment(vaddr, nr_pages);
1294         return 0;
1295 }