f05e33e664f6f431aff2a7407e6e3106f5fd4ef4
[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
361         TAILQ_FOREACH(vm_i, &p->vm_regions, vm_link) {
362                 vmr = kmem_cache_alloc(vmr_kcache, 0);
363                 if (!vmr)
364                         return -ENOMEM;
365                 vmr->vm_proc = new_p;
366                 vmr->vm_base = vm_i->vm_base;
367                 vmr->vm_end = vm_i->vm_end;
368                 vmr->vm_prot = vm_i->vm_prot;
369                 vmr->vm_flags = vm_i->vm_flags;
370                 vmr->vm_file = vm_i->vm_file;
371                 vmr->vm_foff = vm_i->vm_foff;
372                 if (vm_i->vm_file) {
373                         kref_get(&vm_i->vm_file->f_kref, 1);
374                         pm_add_vmr(file2pm(vm_i->vm_file), vmr);
375                 }
376                 ret = fill_vmr(p, new_p, vmr);
377                 if (ret) {
378                         if (vm_i->vm_file) {
379                                 pm_remove_vmr(file2pm(vm_i->vm_file), vmr);
380                                 kref_put(&vm_i->vm_file->f_kref);
381                         }
382                         kmem_cache_free(vmr_kcache, vm_i);
383                         return ret;
384                 }
385                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_p->vm_regions, vmr, vm_link);
386         }
387         return 0;
388 }
389
390 void print_vmrs(struct proc *p)
391 {
392         int count = 0;
393         struct vm_region *vmr;
394         printk("VM Regions for proc %d\n", p->pid);
395         printk("NR:"
396                "                                     Range:"
397                "       Prot,"
398                "      Flags,"
399                "               File,"
400                "                Off\n");
401         TAILQ_FOREACH(vmr, &p->vm_regions, vm_link)
402                 printk("%02d: (%p - %p): 0x%08x, 0x%08x, %p, %p\n", count++,
403                        vmr->vm_base, vmr->vm_end, vmr->vm_prot, vmr->vm_flags,
404                        vmr->vm_file, vmr->vm_foff);
405 }
406
407 void enumerate_vmrs(struct proc *p,
408                                         void (*func)(struct vm_region *vmr, void *opaque),
409                                         void *opaque)
410 {
411         struct vm_region *vmr;
412
413         spin_lock(&p->vmr_lock);
414         TAILQ_FOREACH(vmr, &p->vm_regions, vm_link)
415                 func(vmr, opaque);
416         spin_unlock(&p->vmr_lock);
417 }
418
419 /* Error values aren't quite comprehensive - check man mmap() once we do better
420  * with the FS.
421  *
422  * The mmap call's offset is in units of PGSIZE (like Linux's mmap2()), but
423  * internally, the offset is tracked in bytes.  The reason for the PGSIZE is for
424  * 32bit apps to enumerate large files, but a full 64bit system won't need that.
425  * We track things internally in bytes since that is how file pointers work, vmr
426  * bases and ends, and similar math.  While it's not a hard change, there's no
427  * need for it, and ideally we'll be a fully 64bit system before we deal with
428  * files that large. */
429 void *mmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot, int flags,
430            int fd, size_t offset)
431 {
432         struct file *file = NULL;
433         offset <<= PGSHIFT;
434         printd("mmap(addr %x, len %x, prot %x, flags %x, fd %x, off %x)\n", addr,
435                len, prot, flags, fd, offset);
436         if (fd >= 0 && (flags & MAP_ANON)) {
437                 set_errno(EBADF);
438                 return MAP_FAILED;
439         }
440         if (!len) {
441                 set_errno(EINVAL);
442                 return MAP_FAILED;
443         }
444         if (fd != -1) {
445                 file = get_file_from_fd(&p->open_files, fd);
446                 if (!file) {
447                         set_errno(EBADF);
448                         return MAP_FAILED;
449                 }
450         }
451         /* Check for overflow.  This helps do_mmap and populate_va, among others. */
452         if (offset + len < offset) {
453                 set_errno(EINVAL);
454                 return MAP_FAILED;
455         }
456         /* If they don't care where to put it, we'll start looking after the break.
457          * We could just have userspace handle this (in glibc's mmap), so we don't
458          * need to know about BRK_END, but this will work for now (and may avoid
459          * bugs).  Note that this limits mmap(0) a bit.  Keep this in sync with
460          * __do_mmap()'s check.  (Both are necessary).  */
461         if (addr == 0)
462                 addr = BRK_END;
463         /* Still need to enforce this: */
464         addr = MAX(addr, MMAP_LOWEST_VA);
465         /* Need to check addr + len, after we do our addr adjustments */
466         if ((addr + len > UMAPTOP) || (PGOFF(addr))) {
467                 set_errno(EINVAL);
468                 return MAP_FAILED;
469         }
470         void *result = do_mmap(p, addr, len, prot, flags, file, offset);
471         if (file)
472                 kref_put(&file->f_kref);
473         return result;
474 }
475
476 /* Helper: returns TRUE if the VMR is allowed to access the file with prot.
477  * This is a bit ghetto still: messes with the file mode and assumes it can walk
478  * the dentry/inode paths without locking.  It also ignores the CoW stuff we'll
479  * need to do eventually. */
480 static bool check_file_perms(struct vm_region *vmr, struct file *file, int prot)
481 {
482         assert(file);
483         if (prot & PROT_READ) {
484                 if (check_perms(file->f_dentry->d_inode, S_IRUSR))
485                         goto out_error;
486         }
487         if (prot & PROT_WRITE) {
488                 /* if vmr maps a file as MAP_SHARED, then we need to make sure the
489                  * protection change is in compliance with the open mode of the
490                  * file. */
491                 if (vmr->vm_flags & MAP_SHARED) {
492                         if (!(file->f_mode & S_IWUSR)) {
493                                 /* at this point, we have a file opened in the wrong mode,
494                                  * but we may be allowed to access it still. */
495                                 if (check_perms(file->f_dentry->d_inode, S_IWUSR)) {
496                                         goto out_error;
497                                 } else {
498                                         /* it is okay, though we need to change the file mode. (note
499                                          * the lack of a lock/protection (TODO) */
500                                         file->f_mode |= S_IWUSR;
501                                 }
502                         }
503                 } else {        /* PRIVATE mapping */
504                         /* TODO: we want a CoW mapping (like we want in handle_page_fault()),
505                          * since there is a concern of a process having the page already
506                          * mapped in to a file it does not have permissions to, and then
507                          * mprotecting it so it can access it.  So we can't just change
508                          * the prot, and we don't know yet if a page is mapped in.  To
509                          * handle this, we ought to sort out the CoW bit, and then this
510                          * will be easy.  Til then, just do a permissions check.  If we
511                          * start having weird issues with libc overwriting itself (since
512                          * procs mprotect that W), then change this. */
513                         if (check_perms(file->f_dentry->d_inode, S_IWUSR))
514                                 goto out_error;
515                 }
516         }
517         return TRUE;
518 out_error:      /* for debugging */
519         printk("[kernel] mmap perm check failed for %s for access %d\n",
520                file_name(file), prot);
521         return FALSE;
522 }
523
524 /* Helper, maps in page at addr, but only if nothing is mapped there.  Returns
525  * 0 on success.  If this is called by non-PM code, we'll store your ref in the
526  * PTE. */
527 static int map_page_at_addr(struct proc *p, struct page *page, uintptr_t addr,
528                             int prot)
529 {
530         pte_t pte;
531         spin_lock(&p->pte_lock);        /* walking and changing PTEs */
532         /* find offending PTE (prob don't read this in).  This might alloc an
533          * intermediate page table page. */
534         pte = pgdir_walk(p->env_pgdir, (void*)addr, TRUE);
535         if (!pte_walk_okay(pte)) {
536                 spin_unlock(&p->pte_lock);
537                 return -ENOMEM;
538         }
539         /* a spurious, valid PF is possible due to a legit race: the page might have
540          * been faulted in by another core already (and raced on the memory lock),
541          * in which case we should just return. */
542         if (pte_is_present(pte)) {
543                 spin_unlock(&p->pte_lock);
544                 /* non-PM callers expect us to eat the ref if we succeed. */
545                 if (!page_is_pagemap(page))
546                         page_decref(page);
547                 return 0;
548         }
549         if (pte_is_mapped(pte)) {
550                 /* we're clobbering an old entry.  if we're just updating the prot, then
551                  * it's no big deal.  o/w, there might be an issue. */
552                 if (page2pa(page) != pte_get_paddr(pte)) {
553                         warn_once("Clobbered a PTE mapping (%p -> %p)\n", pte_print(pte),
554                                   page2pa(page) | prot);
555                 }
556                 if (!page_is_pagemap(pa2page(pte_get_paddr(pte))))
557                         page_decref(pa2page(pte_get_paddr(pte)));
558         }
559         /* preserve the dirty bit - pm removal could be looking concurrently */
560         prot |= (pte_is_dirty(pte) ? PTE_D : 0);
561         /* We have a ref to page, which we are storing in the PTE */
562         pte_write(pte, page2pa(page), prot);
563         spin_unlock(&p->pte_lock);
564         return 0;
565 }
566
567 /* Helper: copies *pp's contents to a new page, replacing your page pointer.  If
568  * this succeeds, you'll have a non-PM page, which matters for how you put it.*/
569 static int __copy_and_swap_pmpg(struct proc *p, struct page **pp)
570 {
571         struct page *new_page, *old_page = *pp;
572         if (upage_alloc(p, &new_page, FALSE))
573                 return -ENOMEM;
574         memcpy(page2kva(new_page), page2kva(old_page), PGSIZE);
575         pm_put_page(old_page);
576         *pp = new_page;
577         return 0;
578 }
579
580 /* Hold the VMR lock when you call this - it'll assume the entire VA range is
581  * mappable, which isn't true if there are concurrent changes to the VMRs. */
582 static int populate_anon_va(struct proc *p, uintptr_t va, unsigned long nr_pgs,
583                             int pte_prot)
584 {
585         struct page *page;
586         int ret;
587         for (long i = 0; i < nr_pgs; i++) {
588                 if (upage_alloc(p, &page, TRUE))
589                         return -ENOMEM;
590                 /* could imagine doing a memwalk instead of a for loop */
591                 ret = map_page_at_addr(p, page, va + i * PGSIZE, pte_prot);
592                 if (ret) {
593                         page_decref(page);
594                         return ret;
595                 }
596         }
597         return 0;
598 }
599
600 /* This will periodically unlock the vmr lock. */
601 static int populate_pm_va(struct proc *p, uintptr_t va, unsigned long nr_pgs,
602                           int pte_prot, struct page_map *pm, size_t offset,
603                           int flags, bool exec)
604 {
605         int ret = 0;
606         unsigned long pm_idx0 = offset >> PGSHIFT;
607         int vmr_history = ACCESS_ONCE(p->vmr_history);
608         struct page *page;
609
610         /* locking rules: start the loop holding the vmr lock, enter and exit the
611          * entire func holding the lock. */
612         for (long i = 0; i < nr_pgs; i++) {
613                 ret = pm_load_page_nowait(pm, pm_idx0 + i, &page);
614                 if (ret) {
615                         if (ret != -EAGAIN)
616                                 break;
617                         spin_unlock(&p->vmr_lock);
618                         /* might block here, can't hold the spinlock */
619                         ret = pm_load_page(pm, pm_idx0 + i, &page);
620                         spin_lock(&p->vmr_lock);
621                         if (ret)
622                                 break;
623                         /* while we were sleeping, the VMRs could have changed on us. */
624                         if (vmr_history != ACCESS_ONCE(p->vmr_history)) {
625                                 pm_put_page(page);
626                                 printk("[kernel] FYI: VMR changed during populate\n");
627                                 break;
628                         }
629                 }
630                 if (flags & MAP_PRIVATE) {
631                         ret = __copy_and_swap_pmpg(p, &page);
632                         if (ret) {
633                                 pm_put_page(page);
634                                 break;
635                         }
636                 }
637                 /* if this is an executable page, we might have to flush the
638                  * instruction cache if our HW requires it.
639                  * TODO: is this still needed?  andrew put this in a while ago*/
640                 if (exec)
641                         icache_flush_page(0, page2kva(page));
642                 ret = map_page_at_addr(p, page, va + i * PGSIZE, pte_prot);
643                 if (page_is_pagemap(page))
644                         pm_put_page(page);
645                 if (ret)
646                         break;
647         }
648         return ret;
649 }
650
651 void *do_mmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot, int flags,
652               struct file *file, size_t offset)
653 {
654         len = ROUNDUP(len, PGSIZE);
655         struct vm_region *vmr, *vmr_temp;
656
657         /* read/write vmr lock (will change the tree) */
658         spin_lock(&p->vmr_lock);
659         p->vmr_history++;
660         /* Sanity check, for callers that bypass mmap().  We want addr for anon
661          * memory to start above the break limit (BRK_END), but not 0.  Keep this in
662          * sync with BRK_END in mmap(). */
663         if (addr == 0)
664                 addr = BRK_END;
665         assert(!PGOFF(offset));
666
667         /* MCPs will need their code and data pinned.  This check will start to fail
668          * after uthread_slim_init(), at which point userspace should have enough
669          * control over its mmaps (i.e. no longer done by LD or load_elf) that it
670          * can ask for pinned and populated pages.  Except for dl_opens(). */
671         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[0];
672         if (file && (atomic_read(&vcpd->flags) & VC_SCP_NOVCCTX))
673                 flags |= MAP_POPULATE | MAP_LOCKED;
674         /* Need to make sure nothing is in our way when we want a FIXED location.
675          * We just need to split on the end points (if they exist), and then remove
676          * everything in between.  __do_munmap() will do this.  Careful, this means
677          * an mmap can be an implied munmap() (not my call...). */
678         if (flags & MAP_FIXED)
679                 __do_munmap(p, addr, len);
680         vmr = create_vmr(p, addr, len);
681         if (!vmr) {
682                 printk("[kernel] do_mmap() aborted for %p + %d!\n", addr, len);
683                 set_errno(ENOMEM);
684                 spin_unlock(&p->vmr_lock);
685                 return MAP_FAILED;
686         }
687         addr = vmr->vm_base;
688         vmr->vm_prot = prot;
689         vmr->vm_flags = flags;
690         vmr->vm_foff = offset;
691         if (file) {
692                 if (!check_file_perms(vmr, file, prot)) {
693                         assert(!vmr->vm_file);
694                         destroy_vmr(vmr);
695                         set_errno(EACCES);
696                         spin_unlock(&p->vmr_lock);
697                         return MAP_FAILED;
698                 }
699                 /* TODO: consider locking the file while checking (not as manadatory as
700                  * in handle_page_fault() */
701                 if (nr_pages(offset + len) > nr_pages(file->f_dentry->d_inode->i_size)) {
702                         /* We're allowing them to set up the VMR, though if they attempt to
703                          * fault in any pages beyond the file's limit, they'll fail.  Since
704                          * they might not access the region, we need to make sure POPULATE
705                          * is off.  FYI, 64 bit glibc shared libs map in an extra 2MB of
706                          * unaligned space between their RO and RW sections, but then
707                          * immediately mprotect it to PROT_NONE. */
708                         flags &= ~MAP_POPULATE;
709                 }
710                 /* Prep the FS to make sure it can mmap the file.  Slightly weird
711                  * semantics: if we fail and had munmapped the space, they will have a
712                  * hole in their VM now. */
713                 if (file->f_op->mmap(file, vmr)) {
714                         assert(!vmr->vm_file);
715                         destroy_vmr(vmr);
716                         set_errno(EACCES);      /* not quite */
717                         spin_unlock(&p->vmr_lock);
718                         return MAP_FAILED;
719                 }
720                 kref_get(&file->f_kref, 1);
721                 pm_add_vmr(file2pm(file), vmr);
722         }
723         vmr->vm_file = file;
724         vmr = merge_me(vmr);            /* attempts to merge with neighbors */
725
726         if (flags & MAP_POPULATE && prot != PROT_NONE) {
727                 int pte_prot = (prot & PROT_WRITE) ? PTE_USER_RW :
728                            (prot & (PROT_READ|PROT_EXEC)) ? PTE_USER_RO : 0;
729                 unsigned long nr_pgs = len >> PGSHIFT;
730                 int ret = 0;
731                 if (!file) {
732                         ret = populate_anon_va(p, addr, nr_pgs, pte_prot);
733                 } else {
734                         /* Note: this will unlock if it blocks.  our refcnt on the file
735                          * keeps the pm alive when we unlock */
736                         ret = populate_pm_va(p, addr, nr_pgs, pte_prot, file->f_mapping,
737                                              offset, flags, prot & PROT_EXEC);
738                 }
739                 if (ret == -ENOMEM) {
740                         spin_unlock(&p->vmr_lock);
741                         printk("[kernel] ENOMEM, killing %d\n", p->pid);
742                         proc_destroy(p);
743                         return MAP_FAILED;      /* will never make it back to userspace */
744                 }
745         }
746         spin_unlock(&p->vmr_lock);
747
748         profiler_notify_mmap(p, addr, len, prot, flags, file, offset);
749
750         return (void*)addr;
751 }
752
753 int mprotect(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot)
754 {
755         printd("mprotect: (addr %p, len %p, prot 0x%x)\n", addr, len, prot);
756         if (!len)
757                 return 0;
758         if ((addr % PGSIZE) || (addr < MMAP_LOWEST_VA)) {
759                 set_errno(EINVAL);
760                 return -1;
761         }
762         uintptr_t end = ROUNDUP(addr + len, PGSIZE);
763         if (end > UMAPTOP || addr > end) {
764                 set_errno(ENOMEM);
765                 return -1;
766         }
767         /* read/write lock, will probably change the tree and settings */
768         spin_lock(&p->vmr_lock);
769         p->vmr_history++;
770         int ret = __do_mprotect(p, addr, len, prot);
771         spin_unlock(&p->vmr_lock);
772         return ret;
773 }
774
775 /* This does not care if the region is not mapped.  POSIX says you should return
776  * ENOMEM if any part of it is unmapped.  Can do this later if we care, based on
777  * the VMRs, not the actual page residency. */
778 int __do_mprotect(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len, int prot)
779 {
780         struct vm_region *vmr, *next_vmr;
781         pte_t pte;
782         bool shootdown_needed = FALSE;
783         int pte_prot = (prot & PROT_WRITE) ? PTE_USER_RW :
784                        (prot & (PROT_READ|PROT_EXEC)) ? PTE_USER_RO : PTE_NONE;
785         /* TODO: this is aggressively splitting, when we might not need to if the
786          * prots are the same as the previous.  Plus, there are three excessive
787          * scans.  Finally, we might be able to merge when we are done. */
788         isolate_vmrs(p, addr, len);
789         vmr = find_first_vmr(p, addr);
790         while (vmr && vmr->vm_base < addr + len) {
791                 if (vmr->vm_prot == prot)
792                         continue;
793                 if (vmr->vm_file && !check_file_perms(vmr, vmr->vm_file, prot)) {
794                         set_errno(EACCES);
795                         return -1;
796                 }
797                 vmr->vm_prot = prot;
798                 spin_lock(&p->pte_lock);        /* walking and changing PTEs */
799                 /* TODO: use a memwalk.  At a minimum, we need to change every existing
800                  * PTE that won't trigger a PF (meaning, present PTEs) to have the new
801                  * prot.  The others will fault on access, and we'll change the PTE
802                  * then.  In the off chance we have a mapped but not present PTE, we
803                  * might as well change it too, since we're already here. */
804                 for (uintptr_t va = vmr->vm_base; va < vmr->vm_end; va += PGSIZE) {
805                         pte = pgdir_walk(p->env_pgdir, (void*)va, 0);
806                         if (pte_walk_okay(pte) && pte_is_mapped(pte)) {
807                                 pte_replace_perm(pte, pte_prot);
808                                 shootdown_needed = TRUE;
809                         }
810                 }
811                 spin_unlock(&p->pte_lock);
812                 vmr = merge_me(vmr);
813                 next_vmr = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
814                 vmr = next_vmr;
815         }
816         if (shootdown_needed)
817                 proc_tlbshootdown(p, addr, addr + len);
818         return 0;
819 }
820
821 int munmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len)
822 {
823         printd("munmap(addr %x, len %x)\n", addr, len);
824         if (!len)
825                 return 0;
826         len = ROUNDUP(len, PGSIZE);
827
828         if ((addr % PGSIZE) || (addr < MMAP_LOWEST_VA)) {
829                 set_errno(EINVAL);
830                 return -1;
831         }
832         uintptr_t end = ROUNDUP(addr + len, PGSIZE);
833         if (end > UMAPTOP || addr > end) {
834                 set_errno(EINVAL);
835                 return -1;
836         }
837         /* read/write: changing the vmrs (trees, properties, and whatnot) */
838         spin_lock(&p->vmr_lock);
839         p->vmr_history++;
840         int ret = __do_munmap(p, addr, len);
841         spin_unlock(&p->vmr_lock);
842         return ret;
843 }
844
845 static int __munmap_mark_not_present(struct proc *p, pte_t pte, void *va,
846                                      void *arg)
847 {
848         bool *shootdown_needed = (bool*)arg;
849         /* could put in some checks here for !P and also !0 */
850         if (!pte_is_present(pte))       /* unmapped (== 0) *ptes are also not PTE_P */
851                 return 0;
852         pte_clear_present(pte);
853         *shootdown_needed = TRUE;
854         return 0;
855 }
856
857 /* If our page is actually in the PM, we don't do anything.  All a page map
858  * really needs is for our VMR to no longer track it (vmr being in the pm's
859  * list) and to not point at its pages (mark it 0, dude).
860  *
861  * But private mappings mess with that a bit.  Luckily, we can tell by looking
862  * at a page whether the specific page is in the PM or not.  If it isn't, we
863  * still need to free our "VMR local" copy.
864  *
865  * For pages in a PM, we're racing with PM removers.  Both of us sync with the
866  * mm lock, so once we hold the lock, it's a matter of whether or not the PTE is
867  * 0 or not.  If it isn't, then we're still okay to look at the page.  Consider
868  * the PTE a weak ref on the page.  So long as you hold the mm lock, you can
869  * look at the PTE and know the page isn't being freed. */
870 static int __vmr_free_pgs(struct proc *p, pte_t pte, void *va, void *arg)
871 {
872         struct page *page;
873         if (pte_is_unmapped(pte))
874                 return 0;
875         page = pa2page(pte_get_paddr(pte));
876         pte_clear(pte);
877         if (!page_is_pagemap(page))
878                 page_decref(page);
879         return 0;
880 }
881
882 int __do_munmap(struct proc *p, uintptr_t addr, size_t len)
883 {
884         struct vm_region *vmr, *next_vmr, *first_vmr;
885         bool shootdown_needed = FALSE;
886
887         /* TODO: this will be a bit slow, since we end up doing three linear
888          * searches (two in isolate, one in find_first). */
889         isolate_vmrs(p, addr, len);
890         first_vmr = find_first_vmr(p, addr);
891         vmr = first_vmr;
892         spin_lock(&p->pte_lock);        /* changing PTEs */
893         while (vmr && vmr->vm_base < addr + len) {
894                 env_user_mem_walk(p, (void*)vmr->vm_base, vmr->vm_end - vmr->vm_base,
895                                   __munmap_mark_not_present, &shootdown_needed);
896                 vmr = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
897         }
898         spin_unlock(&p->pte_lock);
899         /* we haven't freed the pages yet; still using the PTEs to store the them.
900          * There should be no races with inserts/faults, since we still hold the mm
901          * lock since the previous CB. */
902         if (shootdown_needed)
903                 proc_tlbshootdown(p, addr, addr + len);
904         vmr = first_vmr;
905         while (vmr && vmr->vm_base < addr + len) {
906                 /* there is rarely more than one VMR in this loop.  o/w, we'll need to
907                  * gather up the vmrs and destroy outside the pte_lock. */
908                 spin_lock(&p->pte_lock);        /* changing PTEs */
909                 env_user_mem_walk(p, (void*)vmr->vm_base, vmr->vm_end - vmr->vm_base,
910                                       __vmr_free_pgs, 0);
911                 spin_unlock(&p->pte_lock);
912                 next_vmr = TAILQ_NEXT(vmr, vm_link);
913                 destroy_vmr(vmr);
914                 vmr = next_vmr;
915         }
916         return 0;
917 }
918
919 /* Helper - drop the page differently based on where it is from */
920 static void __put_page(struct page *page)
921 {
922         if (page_is_pagemap(page))
923                 pm_put_page(page);
924         else
925                 page_decref(page);
926 }
927
928 static int __hpf_load_page(struct proc *p, struct page_map *pm,
929                            unsigned long idx, struct page **page, bool first)
930 {
931         int ret = 0;
932         int coreid = core_id();
933         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
934         bool wake_scp = FALSE;
935         spin_lock(&p->proc_lock);
936         switch (p->state) {
937                 case (PROC_RUNNING_S):
938                         wake_scp = TRUE;
939                         __proc_set_state(p, PROC_WAITING);
940                         /* it's possible for HPF to loop a few times; we can only save the
941                          * first time, o/w we could clobber. */
942                         if (first) {
943                                 __proc_save_context_s(p);
944                                 __proc_save_fpu_s(p);
945                                 /* We clear the owner, since userspace doesn't run here
946                                  * anymore, but we won't abandon since the fault handler
947                                  * still runs in our process. */
948                                 clear_owning_proc(coreid);
949                         }
950                         /* other notes: we don't currently need to tell the ksched
951                          * we switched from running to waiting, though we probably
952                          * will later for more generic scheds. */
953                         break;
954                 case (PROC_RUNNABLE_M):
955                 case (PROC_RUNNING_M):
956                         spin_unlock(&p->proc_lock);
957                         return -EAGAIN; /* will get reflected back to userspace */
958                 case (PROC_DYING):
959                 case (PROC_DYING_ABORT):
960                         spin_unlock(&p->proc_lock);
961                         return -EINVAL;
962                 default:
963                         /* shouldn't have any waitings, under the current yield style.  if
964                          * this becomes an issue, we can branch on is_mcp(). */
965                         printk("HPF unexpectecd state(%s)", procstate2str(p->state));
966                         spin_unlock(&p->proc_lock);
967                         return -EINVAL;
968         }
969         spin_unlock(&p->proc_lock);
970         ret = pm_load_page(pm, idx, page);
971         if (wake_scp)
972                 proc_wakeup(p);
973         if (ret) {
974                 printk("load failed with ret %d\n", ret);
975                 return ret;
976         }
977         /* need to put our old ref, next time around HPF will get another. */
978         pm_put_page(*page);
979         return 0;
980 }
981
982 /* Returns 0 on success, or an appropriate -error code.
983  *
984  * Notes: if your TLB caches negative results, you'll need to flush the
985  * appropriate tlb entry.  Also, you could have a weird race where a present PTE
986  * faulted for a different reason (was mprotected on another core), and the
987  * shootdown is on its way.  Userspace should have waited for the mprotect to
988  * return before trying to write (or whatever), so we don't care and will fault
989  * them. */
990 static int __hpf(struct proc *p, uintptr_t va, int prot, bool file_ok)
991 {
992         struct vm_region *vmr;
993         struct page *a_page;
994         unsigned int f_idx;     /* index of the missing page in the file */
995         int ret = 0;
996         bool first = TRUE;
997         va = ROUNDDOWN(va,PGSIZE);
998
999 refault:
1000         /* read access to the VMRs TODO: RCU */
1001         spin_lock(&p->vmr_lock);
1002         /* Check the vmr's protection */
1003         vmr = find_vmr(p, va);
1004         if (!vmr) {                                                     /* not mapped at all */
1005                 printd("fault: %p not mapped\n", va);
1006                 ret = -EFAULT;
1007                 goto out;
1008         }
1009         if (!(vmr->vm_prot & prot)) {           /* wrong prots for this vmr */
1010                 ret = -EPERM;
1011                 goto out;
1012         }
1013         if (!vmr->vm_file) {
1014                 /* No file - just want anonymous memory */
1015                 if (upage_alloc(p, &a_page, TRUE)) {
1016                         ret = -ENOMEM;
1017                         goto out;
1018                 }
1019         } else {
1020                 if (!file_ok)
1021                         return -EACCES;
1022                 /* If this fails, either something got screwed up with the VMR, or the
1023                  * permissions changed after mmap/mprotect.  Either way, I want to know
1024                  * (though it's not critical). */
1025                 if (!check_file_perms(vmr, vmr->vm_file, prot))
1026                         printk("[kernel] possible issue with VMR prots on file %s!\n",
1027                                file_name(vmr->vm_file));
1028                 /* Load the file's page in the page cache.
1029                  * TODO: (BLK) Note, we are holding the mem lock!  We need to rewrite
1030                  * this stuff so we aren't hold the lock as excessively as we are, and
1031                  * such that we can block and resume later. */
1032                 assert(!PGOFF(va - vmr->vm_base + vmr->vm_foff));
1033                 f_idx = (va - vmr->vm_base + vmr->vm_foff) >> PGSHIFT;
1034                 /* TODO: need some sort of lock on the file to deal with someone
1035                  * concurrently shrinking it.  Adding 1 to f_idx, since it is
1036                  * zero-indexed */
1037                 if (f_idx + 1 > nr_pages(vmr->vm_file->f_dentry->d_inode->i_size)) {
1038                         /* We're asking for pages that don't exist in the file */
1039                         /* TODO: unlock the file */
1040                         ret = -ESPIPE; /* linux sends a SIGBUS at access time */
1041                         goto out;
1042                 }
1043                 ret = pm_load_page_nowait(vmr->vm_file->f_mapping, f_idx, &a_page);
1044                 if (ret) {
1045                         if (ret != -EAGAIN)
1046                                 goto out;
1047                         /* keep the file alive after we unlock */
1048                         kref_get(&vmr->vm_file->f_kref, 1);
1049                         spin_unlock(&p->vmr_lock);
1050                         ret = __hpf_load_page(p, vmr->vm_file->f_mapping, f_idx, &a_page,
1051                                               first);
1052                         first = FALSE;
1053                         kref_put(&vmr->vm_file->f_kref);
1054                         if (ret)
1055                                 return ret;
1056                         goto refault;
1057                 }
1058                 /* If we want a private map, we'll preemptively give you a new page.  We
1059                  * used to just care if it was private and writable, but were running
1060                  * into issues with libc changing its mapping (map private, then
1061                  * mprotect to writable...)  In the future, we want to CoW this anyway,
1062                  * so it's not a big deal. */
1063                 if ((vmr->vm_flags & MAP_PRIVATE)) {
1064                         ret = __copy_and_swap_pmpg(p, &a_page);
1065                         if (ret)
1066                                 goto out_put_pg;
1067                 }
1068                 /* if this is an executable page, we might have to flush the instruction
1069                  * cache if our HW requires it. */
1070                 if (vmr->vm_prot & PROT_EXEC)
1071                         icache_flush_page((void*)va, page2kva(a_page));
1072         }
1073         /* update the page table TODO: careful with MAP_PRIVATE etc.  might do this
1074          * separately (file, no file) */
1075         int pte_prot = (vmr->vm_prot & PROT_WRITE) ? PTE_USER_RW :
1076                        (vmr->vm_prot & (PROT_READ|PROT_EXEC)) ? PTE_USER_RO : 0;
1077         ret = map_page_at_addr(p, a_page, va, pte_prot);
1078         if (ret) {
1079                 printd("map_page_at for %p fails with %d\n", va, ret);
1080         }
1081         /* fall through, even for errors */
1082 out_put_pg:
1083         /* the VMR's existence in the PM (via the mmap) allows us to have PTE point
1084          * to a_page without it magically being reallocated.  For non-PM memory
1085          * (anon memory or private pages) we transferred the ref to the PTE. */
1086         if (page_is_pagemap(a_page))
1087                 pm_put_page(a_page);
1088 out:
1089         spin_unlock(&p->vmr_lock);
1090         return ret;
1091 }
1092
1093 int handle_page_fault(struct proc *p, uintptr_t va, int prot)
1094 {
1095         return __hpf(p, va, prot, TRUE);
1096 }
1097
1098 int handle_page_fault_nofile(struct proc *p, uintptr_t va, int prot)
1099 {
1100         return __hpf(p, va, prot, FALSE);
1101 }
1102
1103 /* Attempts to populate the pages, as if there was a page faults.  Bails on
1104  * errors, and returns the number of pages populated.  */
1105 unsigned long populate_va(struct proc *p, uintptr_t va, unsigned long nr_pgs)
1106 {
1107         struct vm_region *vmr, vmr_copy;
1108         unsigned long nr_pgs_this_vmr;
1109         unsigned long nr_filled = 0;
1110         struct page *page;
1111         int pte_prot;
1112         int ret;
1113
1114         /* we can screw around with ways to limit the find_vmr calls (can do the
1115          * next in line if we didn't unlock, etc., but i don't expect us to do this
1116          * for more than a single VMR in most cases. */
1117         spin_lock(&p->vmr_lock);
1118         while (nr_pgs) {
1119                 vmr = find_vmr(p, va);
1120                 if (!vmr)
1121                         break;
1122                 if (vmr->vm_prot == PROT_NONE)
1123                         break;
1124                 pte_prot = (vmr->vm_prot & PROT_WRITE) ? PTE_USER_RW :
1125                            (vmr->vm_prot & (PROT_READ|PROT_EXEC)) ? PTE_USER_RO : 0;
1126                 nr_pgs_this_vmr = MIN(nr_pgs, (vmr->vm_end - va) >> PGSHIFT);
1127                 if (!vmr->vm_file) {
1128                         if (populate_anon_va(p, va, nr_pgs_this_vmr, pte_prot)) {
1129                                 /* on any error, we can just bail.  we might be underestimating
1130                                  * nr_filled. */
1131                                 break;
1132                         }
1133                 } else {
1134                         /* need to keep the file alive in case we unlock/block */
1135                         kref_get(&vmr->vm_file->f_kref, 1);
1136                         /* Regarding foff + (va - base): va - base < len, and foff + len
1137                          * does not over flow */
1138                         ret = populate_pm_va(p, va, nr_pgs_this_vmr, pte_prot,
1139                                              vmr->vm_file->f_mapping,
1140                                              vmr->vm_foff + (va - vmr->vm_base),
1141                                              vmr->vm_flags, vmr->vm_prot & PROT_EXEC);
1142                         kref_put(&vmr->vm_file->f_kref);
1143                         if (ret) {
1144                                 /* we might have failed if the underlying file doesn't cover the
1145                                  * mmap window, depending on how we'll deal with truncation. */
1146                                 break;
1147                         }
1148                 }
1149                 nr_filled += nr_pgs_this_vmr;
1150                 va += nr_pgs_this_vmr << PGSHIFT;
1151                 nr_pgs -= nr_pgs_this_vmr;
1152         }
1153         spin_unlock(&p->vmr_lock);
1154         return nr_filled;
1155 }
1156
1157 /* Kernel Dynamic Memory Mappings */
1158 uintptr_t dyn_vmap_llim = KERN_DYN_TOP;
1159 spinlock_t dyn_vmap_lock = SPINLOCK_INITIALIZER;
1160
1161 /* Reserve space in the kernel dynamic memory map area */
1162 uintptr_t get_vmap_segment(unsigned long num_pages)
1163 {
1164         uintptr_t retval;
1165         spin_lock(&dyn_vmap_lock);
1166         retval = dyn_vmap_llim - num_pages * PGSIZE;
1167         if ((retval > ULIM) && (retval < KERN_DYN_TOP)) {
1168                 dyn_vmap_llim = retval;
1169         } else {
1170                 warn("[kernel] dynamic mapping failed!");
1171                 retval = 0;
1172         }
1173         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
1174         return retval;
1175 }
1176
1177 /* Give up your space.  Note this isn't supported yet */
1178 uintptr_t put_vmap_segment(uintptr_t vaddr, unsigned long num_pages)
1179 {
1180         /* TODO: use vmem regions for adjustable vmap segments */
1181         warn("Not implemented, leaking vmem space.\n");
1182         return 0;
1183 }
1184
1185 /* Map a virtual address chunk to physical addresses.  Make sure you got a vmap
1186  * segment before actually trying to do the mapping.
1187  *
1188  * Careful with more than one 'page', since it will assume your physical pages
1189  * are also contiguous.  Most callers will only use one page.
1190  *
1191  * Finally, note that this does not care whether or not there are real pages
1192  * being mapped, and will not attempt to incref your page (if there is such a
1193  * thing).  Handle your own refcnting for pages. */
1194 int map_vmap_segment(uintptr_t vaddr, uintptr_t paddr, unsigned long num_pages,
1195                      int perm)
1196 {
1197         /* For now, we only handle the root pgdir, and not any of the other ones
1198          * (like for processes).  To do so, we'll need to insert into every pgdir,
1199          * and send tlb shootdowns to those that are active (which we don't track
1200          * yet). */
1201         extern int booting;
1202         assert(booting);
1203
1204         /* TODO: (MM) you should lock on boot pgdir modifications.  A vm region lock
1205          * isn't enough, since there might be a race on outer levels of page tables.
1206          * For now, we'll just use the dyn_vmap_lock (which technically works). */
1207         spin_lock(&dyn_vmap_lock);
1208         pte_t pte;
1209 #ifdef CONFIG_X86
1210         perm |= PTE_G;
1211 #endif
1212         for (int i = 0; i < num_pages; i++) {
1213                 pte = pgdir_walk(boot_pgdir, (void*)(vaddr + i * PGSIZE), 1);
1214                 if (!pte_walk_okay(pte)) {
1215                         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
1216                         return -ENOMEM;
1217                 }
1218                 /* You probably should have unmapped first */
1219                 if (pte_is_mapped(pte))
1220                         warn("Existing PTE value %p\n", pte_print(pte));
1221                 pte_write(pte, paddr + i * PGSIZE, perm);
1222         }
1223         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
1224         return 0;
1225 }
1226
1227 /* Unmaps / 0's the PTEs of a chunk of vaddr space */
1228 int unmap_vmap_segment(uintptr_t vaddr, unsigned long num_pages)
1229 {
1230         /* Not a big deal - won't need this til we do something with kthreads */
1231         warn("Incomplete, don't call this yet.");
1232         spin_lock(&dyn_vmap_lock);
1233         /* TODO: For all pgdirs */
1234         pte_t pte;
1235         for (int i = 0; i < num_pages; i++) {
1236                 pte = pgdir_walk(boot_pgdir, (void*)(vaddr + i * PGSIZE), 1);
1237                 if (pte_walk_okay(pte))
1238                         pte_clear(pte);
1239         }
1240         /* TODO: TLB shootdown.  Also note that the global flag is set on the PTE
1241          * (for x86 for now), which requires a global shootdown.  bigger issue is
1242          * the TLB shootdowns for multiple pgdirs.  We'll need to remove from every
1243          * pgdir, and send tlb shootdowns to those that are active (which we don't
1244          * track yet). */
1245         spin_unlock(&dyn_vmap_lock);
1246         return 0;
1247 }
1248
1249 /* This can handle unaligned paddrs */
1250 static uintptr_t vmap_pmem_flags(uintptr_t paddr, size_t nr_bytes, int flags)
1251 {
1252         uintptr_t vaddr;
1253         unsigned long nr_pages;
1254         assert(nr_bytes && paddr);
1255         nr_bytes += PGOFF(paddr);
1256         nr_pages = ROUNDUP(nr_bytes, PGSIZE) >> PGSHIFT;
1257         vaddr = get_vmap_segment(nr_pages);
1258         if (!vaddr) {
1259                 warn("Unable to get a vmap segment");   /* probably a bug */
1260                 return 0;
1261         }
1262         /* it's not strictly necessary to drop paddr's pgoff, but it might save some
1263          * vmap heartache in the future. */
1264         if (map_vmap_segment(vaddr, PG_ADDR(paddr), nr_pages,
1265                              PTE_KERN_RW | flags)) {
1266                 warn("Unable to map a vmap segment");   /* probably a bug */
1267                 return 0;
1268         }
1269         return vaddr + PGOFF(paddr);
1270 }
1271
1272 uintptr_t vmap_pmem(uintptr_t paddr, size_t nr_bytes)
1273 {
1274         return vmap_pmem_flags(paddr, nr_bytes, 0);
1275 }
1276
1277 uintptr_t vmap_pmem_nocache(uintptr_t paddr, size_t nr_bytes)
1278 {
1279         return vmap_pmem_flags(paddr, nr_bytes, PTE_NOCACHE);
1280 }
1281
1282 uintptr_t vmap_pmem_writecomb(uintptr_t paddr, size_t nr_bytes)
1283 {
1284         return vmap_pmem_flags(paddr, nr_bytes, PTE_WRITECOMB);
1285 }
1286
1287 int vunmap_vmem(uintptr_t vaddr, size_t nr_bytes)
1288 {
1289         unsigned long nr_pages = ROUNDUP(nr_bytes, PGSIZE) >> PGSHIFT;
1290         unmap_vmap_segment(vaddr, nr_pages);
1291         put_vmap_segment(vaddr, nr_pages);
1292         return 0;
1293 }