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