437709f4984e444bd77f158ebd6afcb676e2f1d6
[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 memory lock (mm_lock) is
11  * already held 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
28 struct kmem_cache *vmr_kcache;
29
30 void vmr_init(void)
31 {
32         vmr_kcache = kmem_cache_create("vm_regions", sizeof(struct vm_region),
33                                        __alignof__(struct dentry), 0, 0, 0);
34 }
35
36 /* For now, the caller will set the prot, flags, file, and offset.  In the
37  * future, we may put those in here, to do clever things with merging vm_regions
38  * that are the same.
39  *
40  * TODO: take a look at solari's vmem alloc.  And consider keeping these in a
41  * tree of some sort for easier lookups. */
42 struct vm_region *create_vmr(struct proc *p, uintptr_t va, size_t len)
43 {
44         struct vm_region *vmr = 0, *vm_i, *vm_next;
45         uintptr_t gap_end;
46
47         assert(!PGOFF(va));
48         assert(!PGOFF(len));
49         assert(va + len <= UMAPTOP);
50         /* Is there room before the first one: */
51         vm_i = TAILQ_FIRST(&p->vm_regions);
52         /* This works for now, but if all we have is BRK_END ones, we'll start
53          * growing backwards (TODO) */
54         if (!vm_i || (va + len < vm_i->vm_base)) {
55                 vmr = kmem_cache_alloc(vmr_kcache, 0);
56                 if (!vmr)
57                         panic("EOM!");
58                 memset(vmr, 0, sizeof(struct vm_region));
59                 vmr->vm_base = va;
60                 TAILQ_INSERT_HEAD(&p->vm_regions, vmr, vm_link);
61         } else {
62                 TAILQ_FOREACH(vm_i, &p->vm_regions, vm_link) {
63                         vm_next = TAILQ_NEXT(vm_i, vm_link);
64                         gap_end = vm_next ? vm_next->vm_base : UMAPTOP;
65                         /* skip til we get past the 'hint' va */
66                         if (va >= gap_end)
67                                 continue;
68                         /* Find a gap that is big enough */
69                         if (gap_end - vm_i->vm_end >= len) {
70                                 vmr = kmem_cache_alloc(vmr_kcache, 0);
71                                 if (!vmr)
72                                         panic("EOM!");
73                                 memset(vmr, 0, sizeof(struct vm_region));
74                                 /* if we can put it at va, let's do that.  o/w, put it so it
75                                  * fits */
76                                 if ((gap_end >= va + len) && (va >= vm_i->vm_end))
77                                         vmr->vm_base = va;
78                                 else
79                                         vmr->vm_base = vm_i->vm_end;
80                                 TAILQ_INSERT_AFTER(&p->vm_regions, vm_i, vmr, vm_link);
81                                 break;
82                         }
83                 }
84         }
85         /* Finalize the creation, if we got one */
86         if (vmr) {
87                 vmr->vm_proc = p;
88                 vmr->vm_end = vmr->vm_base + len;
89         }
90         if (!vmr)
91                 warn("Not making a VMR, wanted %08p, + %p = %p", va, len, va + len);
92         return vmr;
93 }
94
95 /* Split a VMR at va, returning the new VMR.  It is set up the same way, with
96  * file offsets fixed accordingly.  'va' is the beginning of the new one, and
97  * must be page aligned. */
98 struct vm_region *split_vmr(struct vm_region *old_vmr, uintptr_t va)
99 {
100         struct vm_region *new_vmr;
101
102         assert(!PGOFF(va));
103         if ((old_vmr->vm_base >= va) || (old_vmr->vm_end <= va))
104                 return 0;
105         new_vmr = kmem_cache_alloc(vmr_kcache, 0);
106         TAILQ_INSERT_AFTER(&old_vmr->vm_proc->vm_regions, old_vmr, new_vmr,
107                            vm_link);
108         new_vmr->vm_proc = old_vmr->vm_proc;
109         new_vmr->vm_base = va;
110         new_vmr->vm_end = old_vmr->vm_end;
111         old_vmr->vm_end = va;
112         new_vmr->vm_prot = old_vmr->vm_prot;
113         new_vmr->vm_flags = old_vmr->vm_flags;
114         if (old_vmr->vm_file) {
115                 kref_get(&old_vmr->vm_file->f_kref, 1);
116                 new_vmr->vm_file = old_vmr->vm_file;
117                 new_vmr->vm_foff = old_vmr->vm_foff +
118                                       old_vmr->vm_end - old_vmr->vm_base;
119         } else {
120                 new_vmr->vm_file = 0;
121                 new_vmr->vm_foff = 0;
122         }
123         return new_vmr;
124 }
125
126 /* Merges two vm regions.  For now, it will check to make sure they are the
127  * same.  The second one will be destroyed. */
128 int merge_vmr(struct vm_region *first, struct vm_region *second)
129 {
130         assert(first->vm_proc == second->vm_proc);
131         if ((first->vm_end != second->vm_base) ||
132             (first->vm_prot != second->vm_prot) ||
133             (first->vm_flags != second->vm_flags) ||
134             (first->vm_file != second->vm_file))
135                 return -1;
136         if ((first->vm_file) && (second->vm_foff != first->vm_foff +
137                                  first->vm_end - first->vm_base))
138                 return -1;
139         first->vm_end = second->vm_end;
140         destroy_vmr(second);
141         return 0;
142 }
143
144 /* Attempts to merge vmr with adjacent VMRs, returning a ptr to be used for vmr.
145  * It could be the same struct vmr, or possibly another one (usually lower in
146  * the address space. */
147 struct vm_region *merge_me(struct vm_region *vmr)
148 {
149         struct vm_region *vmr_temp;
150         /* Merge will fail if it cannot do it.  If it succeeds, the second VMR is
151          * destroyed, so we need to be a bit careful. */
152         vmr_temp = TAILQ_PREV(vmr, vmr_tailq, vm_link);
153         if (vmr_temp)
154                 if (!merge_vmr(vmr_temp, vmr))
155                         vmr = vmr_temp;
156         vmr_temp = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
157         if (vmr_temp)
158                 merge_vmr(vmr, vmr_temp);
159         return vmr;
160 }
161
162 /* Grows the vm region up to (and not including) va.  Fails if another is in the
163  * way, etc. */
164 int grow_vmr(struct vm_region *vmr, uintptr_t va)
165 {
166         assert(!PGOFF(va));
167         struct vm_region *next = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
168         if (next && next->vm_base < va)
169                 return -1;
170         if (va <= vmr->vm_end)
171                 return -1;
172         vmr->vm_end = va;
173         return 0;
174 }
175
176 /* Shrinks the vm region down to (and not including) va.  Whoever calls this
177  * will need to sort out the page table entries. */
178 int shrink_vmr(struct vm_region *vmr, uintptr_t va)
179 {
180         assert(!PGOFF(va));
181         if ((va < vmr->vm_base) || (va > vmr->vm_end))
182                 return -1;
183         vmr->vm_end = va;
184         return 0;
185 }
186
187 /* Called by the unmapper, just cleans up.  Whoever calls this will need to sort
188  * out the page table entries. */
189 void destroy_vmr(struct vm_region *vmr)
190 {
191         if (vmr->vm_file)
192                 kref_put(&vmr->vm_file->f_kref);
193         TAILQ_REMOVE(&vmr->vm_proc->vm_regions, vmr, vm_link);
194         kmem_cache_free(vmr_kcache, vmr);
195 }
196
197 /* Given a va and a proc (later an mm, possibly), returns the owning vmr, or 0
198  * if there is none. */
199 struct vm_region *find_vmr(struct proc *p, uintptr_t va)
200 {
201         struct vm_region *vmr;
202         /* ugly linear seach */
203         TAILQ_FOREACH(vmr, &p->vm_regions, vm_link) {
204                 if ((vmr->vm_base <= va) && (vmr->vm_end > va))
205                         return vmr;
206         }
207         return 0;
208 }
209
210 /* Finds the first vmr after va (including the one holding va), or 0 if there is
211  * none. */
212 struct vm_region *find_first_vmr(struct proc *p, uintptr_t va)
213 {
214         struct vm_region *vmr;
215         /* ugly linear seach */
216         TAILQ_FOREACH(vmr, &p->vm_regions, vm_link) {
217                 if ((vmr->vm_base <= va) && (vmr->vm_end > va))
218                         return vmr;
219                 if (vmr->vm_base > va)
220                         return vmr;
221         }
222         return 0;
223 }
224
225 /* Makes sure that no VMRs cross either the start or end of the given region
226  * [va, va + len), splitting any VMRs that are on the endpoints. */
227 void isolate_vmrs(struct proc *p, uintptr_t va, size_t len)
228 {
229         struct vm_region *vmr;
230         if ((vmr = find_vmr(p, va)))
231                 split_vmr(vmr, va);
232         /* TODO: don't want to do another find (linear search) */
233         if ((vmr = find_vmr(p, va + len)))
234                 split_vmr(vmr, va + len);
235 }
236
237 /* Destroys all vmrs of a process - important for when files are mmap()d and
238  * probably later when we share memory regions */
239 void destroy_vmrs(struct proc *p)
240 {
241         struct vm_region *vm_i;
242         TAILQ_FOREACH(vm_i, &p->vm_regions, vm_link)
243                 destroy_vmr(vm_i);
244 }
245
246 /* This will make new_p have the same VMRs as p, though it does nothing to
247  * ensure the physical pages or whatever are shared/mapped/copied/whatever.
248  * This is used by fork().
249  *
250  * Note that if you are working on a VMR that is a file, you'll want to be
251  * careful about how it is mapped (SHARED, PRIVATE, etc). */
252 void duplicate_vmrs(struct proc *p, struct proc *new_p)
253 {
254         struct vm_region *vmr, *vm_i;
255         TAILQ_FOREACH(vm_i, &p->vm_regions, vm_link) {
256                 vmr = kmem_cache_alloc(vmr_kcache, 0);
257                 if (!vmr)
258                         panic("EOM!");
259                 vmr->vm_proc = new_p;
260                 vmr->vm_base = vm_i->vm_base;
261                 vmr->vm_end = vm_i->vm_end;
262                 vmr->vm_prot = vm_i->vm_prot;   
263                 vmr->vm_flags = vm_i->vm_flags; 
264                 if (vm_i->vm_file)
265                         kref_get(&vm_i->vm_file->f_kref, 1);
266                 vmr->vm_file = vm_i->vm_file;
267                 vmr->vm_foff = vm_i->vm_foff;
268                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_p->vm_regions, vmr, vm_link);
269         }
270 }
271
272 void print_vmrs(struct proc *p)
273 {
274         int count = 0;
275         struct vm_region *vmr;
276         printk("VM Regions for proc %d\n", p->pid);
277         TAILQ_FOREACH(vmr, &p->vm_regions, vm_link)
278                 printk("%02d: (0x%08x - 0x%08x): %08p, %08p, %08p, %08p\n", count++,
279                        vmr->vm_base, vmr->vm_end, vmr->vm_prot, vmr->vm_flags,
280                        vmr->vm_file, vmr->vm_foff);
281 }
282
283
284 /* Error values aren't quite comprehensive - check man mmap() once we do better
285  * with the FS.
286  *
287  * The mmap call's offset is in units of PGSIZE (like Linux's mmap2()), but
288  * internally, the offset is tracked in bytes.  The reason for the PGSIZE is for
289  * 32bit apps to enumerate large files, but a full 64bit system won't need that.
290  * We track things internally in bytes since that is how file pointers work, vmr
291  * bases and ends, and similar math.  While it's not a hard change, there's no
292  * need for it, and ideally we'll be a fully 64bit system before we deal with
293  * files that large. */
294 void *mmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot, int flags,
295            int fd, size_t offset)
296 {
297         struct file *file = NULL;
298         offset <<= PGSHIFT;
299         printd("mmap(addr %x, len %x, prot %x, flags %x, fd %x, off %x)\n", addr,
300                len, prot, flags, fd, offset);
301         if (fd >= 0 && (flags & MAP_ANON)) {
302                 set_errno(EBADF);
303                 return MAP_FAILED;
304         }
305         if ((addr + len > UMAPTOP) || (PGOFF(addr))) {
306                 set_errno(EINVAL);
307                 return MAP_FAILED;
308         }
309         if (!len) {
310                 set_errno(EINVAL);
311                 return MAP_FAILED;
312         }
313         if (fd != -1) {
314                 file = get_file_from_fd(&p->open_files, fd);
315                 if (!file) {
316                         set_errno(EBADF);
317                         return MAP_FAILED;
318                 }
319         }
320         /* If they don't care where to put it, we'll start looking after the break.
321          * We could just have userspace handle this (in glibc's mmap), so we don't
322          * need to know about BRK_END, but this will work for now (and may avoid
323          * bugs).  Note that this limits mmap(0) a bit.  Keep this in sync with
324          * __do_mmap()'s check.  (Both are necessary).  */
325         if (addr == 0)
326                 addr = BRK_END;
327         /* Still need to enforce this: */
328         addr = MAX(addr, MMAP_LOWEST_VA);
329         void *result = do_mmap(p, addr, len, prot, flags, file, offset);
330         if (file)
331                 kref_put(&file->f_kref);
332         return result;
333 }
334
335 void *do_mmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot, int flags,
336               struct file *file, size_t offset)
337 {
338         spin_lock(&p->mm_lock);
339         void *ret = __do_mmap(p, addr, len, prot, flags, file, offset);
340         spin_unlock(&p->mm_lock);
341         return ret;
342 }
343
344 /* Helper: returns TRUE if the VMR is allowed to access the file with prot.
345  * This is a bit ghetto still: messes with the file mode and assumes it can walk
346  * the dentry/inode paths without locking.  It also ignores the CoW stuff we'll
347  * need to do eventually. */
348 static bool check_file_perms(struct vm_region *vmr, struct file *file, int prot)
349 {
350         assert(file);
351         if (prot & PROT_READ) {
352                 if (check_perms(file->f_dentry->d_inode, S_IRUSR))
353                         goto out_error;
354         }
355         if (prot & PROT_WRITE) {
356                 /* if vmr maps a file as MAP_SHARED, then we need to make sure the
357                  * protection change is in compliance with the open mode of the
358                  * file. */
359                 if (vmr->vm_flags & MAP_SHARED) {
360                         if (!(file->f_mode & S_IWUSR)) {
361                                 /* at this point, we have a file opened in the wrong mode,
362                                  * but we may be allowed to access it still. */
363                                 if (check_perms(file->f_dentry->d_inode, S_IWUSR)) {
364                                         goto out_error;
365                                 } else {
366                                         /* it is okay, though we need to change the file mode. (note
367                                          * the lack of a lock/protection (TODO) */
368                                         file->f_mode |= S_IWUSR;
369                                 }
370                         }
371                 } else {        /* PRIVATE mapping */
372                         /* TODO: we want a CoW mapping (like we want in handle_page_fault()),
373                          * since there is a concern of a process having the page already
374                          * mapped in to a file it does not have permissions to, and then
375                          * mprotecting it so it can access it.  So we can't just change
376                          * the prot, and we don't know yet if a page is mapped in.  To
377                          * handle this, we ought to sort out the CoW bit, and then this
378                          * will be easy.  Til then, just do a permissions check.  If we
379                          * start having weird issues with libc overwriting itself (since
380                          * procs mprotect that W), then change this. */
381                         if (check_perms(file->f_dentry->d_inode, S_IWUSR))
382                                 goto out_error;
383                 }
384         }
385         return TRUE;
386 out_error:      /* for debugging */
387         printk("[kernel] mmap perm check failed for %s for access %d\n",
388                file_name(file), prot);
389         return FALSE;
390 }
391
392 void *__do_mmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot, int flags,
393                 struct file *file, size_t offset)
394 {
395         len = ROUNDUP(len, PGSIZE);
396         int num_pages = len / PGSIZE;
397         int retval;
398
399         struct vm_region *vmr, *vmr_temp;
400
401         /* Sanity check, for callers that bypass mmap().  We want addr for anon
402          * memory to start above the break limit (BRK_END), but not 0.  Keep this in
403          * sync with BRK_END in mmap(). */
404         if (addr == 0)
405                 addr = BRK_END;
406
407 #ifndef __CONFIG_DEMAND_PAGING__
408         flags |= MAP_POPULATE;
409 #endif
410         /* Need to make sure nothing is in our way when we want a FIXED location.
411          * We just need to split on the end points (if they exist), and then remove
412          * everything in between.  __do_munmap() will do this.  Careful, this means
413          * an mmap can be an implied munmap() (not my call...). */
414         if (flags & MAP_FIXED)
415                 __do_munmap(p, addr, len);
416         vmr = create_vmr(p, addr, len);
417         if (!vmr) {
418                 printk("[kernel] do_mmap() aborted for %08p + %d!\n", addr, len);
419                 set_errno(ENOMEM);
420                 return MAP_FAILED;              /* TODO: error propagation for mmap() */
421         }
422         vmr->vm_prot = prot;
423         vmr->vm_flags = flags;
424         if (file) {
425                 if (!check_file_perms(vmr, file, prot)) {
426                         destroy_vmr(vmr);
427                         set_errno(EACCES);
428                         return MAP_FAILED;
429                 }
430                 kref_get(&file->f_kref, 1);
431         }
432         vmr->vm_file = file;
433         vmr->vm_foff = offset;
434         /* Prep the FS to make sure it can mmap the file.  Slightly weird semantics:
435          * they will have a hole in their VM now. */
436         if (file && file->f_op->mmap(file, vmr)) {
437                 destroy_vmr(vmr);
438                 set_errno(EACCES);      /* not quite */
439                 return MAP_FAILED;
440         }
441         addr = vmr->vm_base;            /* so we know which pages to populate later */
442         vmr = merge_me(vmr);            /* attempts to merge with neighbors */
443         /* Fault in pages now if MAP_POPULATE.  We want to populate the region
444          * requested, but we need to be careful and only populate the requested
445          * length and not any merged regions, which is why we set addr above and use
446          * it here.
447          *
448          * If HPF errors out, we'll warn for now, since it is likely a bug in
449          * userspace, though since POPULATE is an opportunistic thing, we don't need
450          * to actually kill the process. */
451         if (flags & MAP_POPULATE)
452                 for (int i = 0; i < num_pages; i++) {
453                         retval = __handle_page_fault(p, addr + i * PGSIZE, vmr->vm_prot);
454                         if (retval) {
455                                 warn("do_mmap() failing (%d) on addr %08p with prot %p\n",
456                                      retval, addr + i * PGSIZE,  vmr->vm_prot);
457                                 break;
458                         }
459                 }
460         return (void*SAFE)TC(addr);
461 }
462
463 int mprotect(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot)
464 {
465         printd("mprotect: (addr %08p, len %08p, prot %08p)\n", addr, len, prot);
466         if (!len)
467                 return 0;
468         if ((addr % PGSIZE) || (addr < MMAP_LOWEST_VA)) {
469                 set_errno(EINVAL);
470                 return -1;
471         }
472         uintptr_t end = ROUNDUP(addr + len, PGSIZE);
473         if (end > UMAPTOP || addr > end) {
474                 set_errno(ENOMEM);
475                 return -1;
476         }
477         spin_lock(&p->mm_lock);
478         int ret = __do_mprotect(p, addr, len, prot);
479         spin_unlock(&p->mm_lock);
480         return ret;
481 }
482
483 /* This does not care if the region is not mapped.  POSIX says you should return
484  * ENOMEM if any part of it is unmapped.  Can do this later if we care, based on
485  * the VMRs, not the actual page residency. */
486 int __do_mprotect(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot)
487 {
488         struct vm_region *vmr, *next_vmr;
489         pte_t *pte;
490         bool shootdown_needed = FALSE;
491         int pte_prot = (prot & PROT_WRITE) ? PTE_USER_RW :
492                        (prot & (PROT_READ|PROT_EXEC)) ? PTE_USER_RO : 0;
493         /* TODO: this is aggressively splitting, when we might not need to if the
494          * prots are the same as the previous.  Plus, there are three excessive
495          * scans.  Finally, we might be able to merge when we are done. */
496         isolate_vmrs(p, addr, len);
497         vmr = find_first_vmr(p, addr);
498         while (vmr && vmr->vm_base < addr + len) {
499                 if (vmr->vm_prot == prot)
500                         continue;
501                 if (vmr->vm_file && !check_file_perms(vmr, vmr->vm_file, prot)) {
502                         set_errno(EACCES);
503                         return -1;
504                 }
505                 vmr->vm_prot = prot;
506                 for (uintptr_t va = vmr->vm_base; va < vmr->vm_end; va += PGSIZE) { 
507                         pte = pgdir_walk(p->env_pgdir, (void*)va, 0);
508                         if (pte && PAGE_PRESENT(*pte)) {
509                                 *pte = (*pte & ~PTE_PERM) | pte_prot;
510                                 shootdown_needed = TRUE;
511                         }
512                 }
513                 next_vmr = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
514                 vmr = next_vmr;
515         }
516         if (shootdown_needed)
517                 proc_tlbshootdown(p, addr, addr + len);
518         return 0;
519 }
520
521 int munmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len)
522 {
523         printd("munmap(addr %x, len %x)\n", addr, len);
524         if (!len)
525                 return 0;
526         if ((addr % PGSIZE) || (addr < MMAP_LOWEST_VA)) {
527                 set_errno(EINVAL);
528                 return -1;
529         }
530         uintptr_t end = ROUNDUP(addr + len, PGSIZE);
531         if (end > UMAPTOP || addr > end) {
532                 set_errno(EINVAL);
533                 return -1;
534         }
535         spin_lock(&p->mm_lock);
536         int ret = __do_munmap(p, addr, len);
537         spin_unlock(&p->mm_lock);
538         return ret;
539 }
540
541 int __do_munmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len)
542 {
543         struct vm_region *vmr, *next_vmr;
544         pte_t *pte;
545         bool shootdown_needed = FALSE;
546
547         /* TODO: this will be a bit slow, since we end up doing three linear
548          * searches (two in isolate, one in find_first). */
549         isolate_vmrs(p, addr, len);
550         vmr = find_first_vmr(p, addr);
551         while (vmr && vmr->vm_base < addr + len) {
552                 for (uintptr_t va = vmr->vm_base; va < vmr->vm_end; va += PGSIZE) { 
553                         pte = pgdir_walk(p->env_pgdir, (void*)va, 0);
554                         if (!pte)
555                                 continue;
556                         if (PAGE_PRESENT(*pte)) {
557                                 /* TODO: (TLB) race here, where the page can be given out before
558                                  * the shootdown happened.  Need to put it on a temp list. */
559                                 page_t *page = ppn2page(PTE2PPN(*pte));
560                                 *pte = 0;
561                                 page_decref(page);
562                                 shootdown_needed = TRUE;
563                         } else if (PAGE_PAGED_OUT(*pte)) {
564                                 /* TODO: (SWAP) mark free in the swapfile or whatever.  For now,
565                                  * PAGED_OUT is also being used to mean "hasn't been mapped
566                                  * yet".  Note we now allow PAGE_UNMAPPED, unlike older
567                                  * versions of mmap(). */
568                                 panic("Swapping not supported!");
569                                 *pte = 0;
570                         }
571                 }
572                 next_vmr = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
573                 destroy_vmr(vmr);
574                 vmr = next_vmr;
575         }
576         if (shootdown_needed)
577                 proc_tlbshootdown(p, addr, addr + len);
578         return 0;
579 }
580
581 int handle_page_fault(struct proc* p, uintptr_t va, int prot)
582 {
583         va = ROUNDDOWN(va,PGSIZE);
584
585         if (prot != PROT_READ && prot != PROT_WRITE && prot != PROT_EXEC)
586                 panic("bad prot!");
587         spin_lock(&p->mm_lock);
588         int ret = __handle_page_fault(p, va, prot);
589         spin_unlock(&p->mm_lock);
590         return ret;
591 }
592
593 /* Returns 0 on success, or an appropriate -error code.  Assumes you hold the
594  * mm_lock.
595  *
596  * Notes: if your TLB caches negative results, you'll need to flush the
597  * appropriate tlb entry.  Also, you could have a weird race where a present PTE
598  * faulted for a different reason (was mprotected on another core), and the
599  * shootdown is on its way.  Userspace should have waited for the mprotect to
600  * return before trying to write (or whatever), so we don't care and will fault
601  * them. */
602 int __handle_page_fault(struct proc *p, uintptr_t va, int prot)
603 {
604         struct vm_region *vmr;
605         struct page *a_page;
606         unsigned int f_idx;     /* index of the missing page in the file */
607         int retval;
608
609         /* Check the vmr's protection */
610         vmr = find_vmr(p, va);
611         if (!vmr)                                                       /* not mapped at all */
612                 return -EFAULT;
613         if (!(vmr->vm_prot & prot))                     /* wrong prots for this vmr */
614                 return -EPERM;
615         /* find offending PTE (prob don't read this in).  This might alloc an
616          * intermediate page table page. */
617         pte_t *pte = pgdir_walk(p->env_pgdir, (void*)va, 1);
618         if (!pte)
619                 return -ENOMEM;
620         /* a spurious, valid PF is possible due to a legit race: the page might have
621          * been faulted in by another core already (and raced on the memory lock),
622          * in which case we should just return. */
623         if (PAGE_PRESENT(*pte)) {
624                 return 0;
625         } else if (PAGE_PAGED_OUT(*pte)) {
626                 /* TODO: (SWAP) bring in the paged out frame. (BLK) */
627                 panic("Swapping not supported!");
628                 return -1;
629         }
630         if (!vmr->vm_file) {
631                 /* No file - just want anonymous memory */
632                 if (upage_alloc(p, &a_page, TRUE))
633                         return -ENOMEM;
634         } else {
635                 /* If this fails, either something got screwed up with the VMR, or the
636                  * permissions changed after mmap/mprotect.  Either way, I want to know
637                  * (though it's not critical). */
638                 if (!check_file_perms(vmr, vmr->vm_file, prot))
639                         printk("[kernel] possible issue with VMR prots on file %s!\n",
640                                file_name(vmr->vm_file));
641                 /* Load the file's page in the page cache.
642                  * TODO: (BLK) Note, we are holding the mem lock!  We need to rewrite
643                  * this stuff so we aren't hold the lock as excessively as we are, and
644                  * such that we can block and resume later. */
645                 f_idx = (va - vmr->vm_base + vmr->vm_foff) >> PGSHIFT;
646                 retval = pm_load_page(vmr->vm_file->f_mapping, f_idx, &a_page);
647                 if (retval)
648                         return retval;
649                 /* If we want a private map, we'll preemptively give you a new page.  We
650                  * used to just care if it was private and writable, but were running
651                  * into issues with libc changing its mapping (map private, then
652                  * mprotect to writable...)  In the future, we want to CoW this anyway,
653                  * so it's not a big deal. */
654                 if ((vmr->vm_flags & MAP_PRIVATE))
655                 {
656                         struct page *cache_page = a_page;
657                         if (upage_alloc(p, &a_page, FALSE)) {
658                                 page_decref(cache_page);        /* was the original a_page */
659                                 return -ENOMEM;
660                         }
661                         memcpy(page2kva(a_page), page2kva(cache_page), PGSIZE);
662                         page_decref(cache_page);                /* was the original a_page */
663                         /* Debugging */
664                         if (!(vmr->vm_prot & PROT_WRITE))
665                                 printd("[kernel] private, but unwritable file mapping of %s "
666                                        "at va %08p\n", file_name(vmr->vm_file), va);
667                 }
668                 /* if this is an executable page, we might have to flush the instruction
669                  * cache if our HW requires it. */
670                 if (vmr->vm_prot & PROT_EXEC)
671                         icache_flush_page((void*)va, page2kva(a_page));
672         }
673         /* update the page table TODO: careful with MAP_PRIVATE etc.  might do this
674          * separately (file, no file) */
675         int pte_prot = (vmr->vm_prot & PROT_WRITE) ? PTE_USER_RW :
676                        (vmr->vm_prot & (PROT_READ|PROT_EXEC)) ? PTE_USER_RO : 0;
677         /* We have a ref to a_page, which we are storing in the PTE */
678         *pte = PTE(page2ppn(a_page), PTE_P | pte_prot);
679         return 0;
680 }
681
682 /* Kernel Dynamic Memory Mappings */
683 uintptr_t dyn_vmap_llim = KERN_DYN_TOP;
684 spinlock_t dyn_vmap_lock = SPINLOCK_INITIALIZER;
685
686 /* Reserve space in the kernel dynamic memory map area */
687 uintptr_t get_vmap_segment(unsigned long num_pages)
688 {
689         uintptr_t retval;
690         spin_lock(&dyn_vmap_lock);
691         retval = dyn_vmap_llim - num_pages * PGSIZE;
692         if ((retval > ULIM) && (retval < KERN_DYN_TOP)) {
693                 dyn_vmap_llim = retval;
694         } else {
695                 warn("[kernel] dynamic mapping failed!");
696                 retval = 0;
697         }
698         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
699         return retval;
700 }
701
702 /* Give up your space.  Note this isn't supported yet */
703 uintptr_t put_vmap_segment(uintptr_t vaddr, unsigned long num_pages)
704 {
705         /* TODO: use vmem regions for adjustable vmap segments */
706         panic("Unsupported.\n");
707 }
708
709 /* Map a virtual address chunk to physical addresses.  Make sure you got a vmap
710  * segment before actually trying to do the mapping.
711  *
712  * Careful with more than one 'page', since it will assume your physical pages
713  * are also contiguous.  Most callers will only use one page.
714  *
715  * Finally, note that this does not care whether or not there are real pages
716  * being mapped, and will not attempt to incref your page (if there is such a
717  * thing).  Handle your own refcnting for pages. */
718 int map_vmap_segment(uintptr_t vaddr, uintptr_t paddr, unsigned long num_pages,
719                      int perm)
720 {
721         /* For now, we only handle the root pgdir, and not any of the other ones
722          * (like for processes).  To do so, we'll need to insert into every pgdir,
723          * and send tlb shootdowns to those that are active (which we don't track
724          * yet). */
725         extern int booting;
726         assert(booting);
727
728         /* TODO: (MM) you should lock on boot pgdir modifications.  A vm region lock
729          * isn't enough, since there might be a race on outer levels of page tables.
730          * For now, we'll just use the dyn_vmap_lock (which technically works). */
731         spin_lock(&dyn_vmap_lock);
732         pte_t *pte;
733 #ifdef __i386__
734         perm |= PTE_G;
735 #endif
736         for (int i = 0; i < num_pages; i++) {
737                 pte = pgdir_walk(boot_pgdir, (void*)(vaddr + i * PGSIZE), 1);
738                 if (!pte) {
739                         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
740                         return -ENOMEM;
741                 }
742                 /* You probably should have unmapped first */
743                 if (*pte)
744                         warn("Existing PTE value %08p\n", *pte);
745                 *pte = PTE(pa2ppn(paddr + i * PGSIZE), perm);
746         }
747         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
748         return 0;
749 }
750
751 /* Unmaps / 0's the PTEs of a chunk of vaddr space */
752 int unmap_vmap_segment(uintptr_t vaddr, unsigned long num_pages)
753 {
754         /* Not a big deal - won't need this til we do something with kthreads */
755         panic("Incomplete, don't call this yet.");
756         spin_lock(&dyn_vmap_lock);
757         /* TODO: For all pgdirs */
758         pte_t *pte;
759         for (int i = 0; i < num_pages; i++) {
760                 pte = pgdir_walk(boot_pgdir, (void*)(vaddr + i * PGSIZE), 1);
761                 *pte = 0;
762         }
763         /* TODO: TLB shootdown.  Also note that the global flag is set on the PTE
764          * (for x86 for now), which requires a global shootdown.  bigger issue is
765          * the TLB shootdowns for multiple pgdirs.  We'll need to remove from every
766          * pgdir, and send tlb shootdowns to those that are active (which we don't
767          * track yet). */
768         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
769         return 0;
770 }