cos2000v2/lib/memory.c

/*******************************************************************************/
/* COS2000 - Compatible Operating System - LGPL v3 - Hordé Nicolas             */
/*                                                                             */
#include "types.h"
#include "memory.h"
#include "queue.h"
#include "asm.h"
#include "boot.h"

static u8 *kernelcurrentheap = NULL;	/* pointeur vers le heap noyau */
static u8 bitmap[MAXMEMPAGE / 8];	/* bitmap */
static vrange_t vrange_head;
static u64 memorysize=0;

extern bootparams* allparams;

/*******************************************************************************/
/* Erreur fatale */

void panic(u8 * string)
{
	printf("KERNEL PANIC: %s\r\nSysteme arrete...\n");
	halt();
}

/*******************************************************************************/
/* Alloue plusieurs pages virtuelles (size) pour le heap du noyau */

tmalloc *mallocpage(u64 size)
{
	tmalloc *chunk;
	u8     *paddr;
	u16     nbpages = size / PAGESIZE;
	u64     realsize = nbpages * PAGESIZE;
	if (size % PAGESIZE != 0)
		realsize += PAGESIZE;
	if ((kernelcurrentheap - KERNEL_HEAP + realsize) > MAXHEAPSIZE)
		panic("Plus de memoire noyau heap disponible a allouer !\n");
	chunk = (tmalloc *) kernelcurrentheap;
	virtual_range_new_kernel(kernelcurrentheap, realsize);
	kernelcurrentheap += realsize;
	chunk->size = realsize;
	chunk->used = 0;
	return chunk;
}

/*******************************************************************************/
/* Retourne le nombre de blocs dynamiques (heap) */

u32 getmallocnb(void)
{
	u32     realsize = 0;
	tmalloc *chunk;
	chunk = KERNEL_HEAP;
	while (chunk < (tmalloc *) kernelcurrentheap)
	{
		realsize++;
		chunk = (tmalloc *) ((u8 *) chunk + chunk->size);
	}
	return realsize;
}


/*******************************************************************************/
/* Retourne la mémoire virtuelle utilisée de façon dynamique (heap) */

u32 getmallocused(void)
{
	u32     realsize = 0;
	tmalloc *chunk;
	chunk = KERNEL_HEAP;
	while (chunk < (tmalloc *) kernelcurrentheap)
	{
		if (chunk->used)
			realsize += chunk->size;
		chunk = (tmalloc *) ((u8 *) chunk + chunk->size);
	}
	return realsize;
}

/*******************************************************************************/
/* Retourne la mémoire virtuelle libre de façon dynamique (heap) */

u32 getmallocfree(void)
{
	u32     realsize = 0;
	tmalloc *chunk;
	chunk = KERNEL_HEAP;
	while (chunk < (tmalloc *) kernelcurrentheap)
	{
		if (!chunk->used)
			realsize += chunk->size;
		chunk = (tmalloc *) ((u8 *) chunk + chunk->size);
	}
	return realsize;
}

/*******************************************************************************/
/* Retourne la mémoire virtuelle non allouée de façon dynamique (heap) */

u32 getmallocnonallocated(void)
{
	return VESA_FBMEM - ((u32) kernelcurrentheap);
}

/*******************************************************************************/
/* Alloue de la mémoire virtuelle au noyau de façon dynamique (heap) */

void   *vmalloc(u32 size)
{
	u32     realsize;
	tmalloc *chunk, *new;
	realsize = sizeof(tmalloc) + size;
	if (realsize < MALLOC_MINIMUM)
		realsize = MALLOC_MINIMUM;
	chunk = KERNEL_HEAP;
	while (chunk->used || chunk->size < realsize)
	{
		if (chunk->size == 0)
			panic(sprintf
			      ("Element du heap %x defectueux avec une taille nulle (heap %x) !",
			       chunk, kernelcurrentheap));
		chunk = (tmalloc *) ((u8 *) chunk + chunk->size);
		if (chunk == (tmalloc *) kernelcurrentheap)
			mallocpage(realsize);
		else if (chunk > (tmalloc *) kernelcurrentheap)
			panic(sprintf
			      ("Element du heap %x depassant la limite %x !",
			       chunk, kernelcurrentheap));
	}
	if (chunk->size - realsize < MALLOC_MINIMUM)
		chunk->used = 1;
	else
	{
		new = (tmalloc *) ((u8 *) chunk + realsize);
		new->size = chunk->size - realsize;
		new->used = 0;
		chunk->size = realsize;
		chunk->used = 1;
	}
	return (u8 *) chunk + sizeof(tmalloc);
}

/*******************************************************************************/
/* Libère de la mémoire virtuelle depuis le heap noyau */

void vfree(void *vaddr)
{
	tmalloc *chunk, *new;
	chunk = (tmalloc *) (vaddr - sizeof(tmalloc));
	chunk->used = 0;
	while ((new = (tmalloc *) ((u8 *) chunk + chunk->size))
	       && new < (tmalloc *) kernelcurrentheap && new->used == 0)
		chunk->size += new->size;
}

/*******************************************************************************/
/* Retourne la taille de la mémoire physique (selon grub) */

u64 physical_getmemorysize()
{
	return memorysize;
}

/*******************************************************************************/
/* Retourne que la page physique actuelle est occupée */

void physical_page_use(u32 page)
{
	bitmap[(page / 8)] |= (1 << (page % 8));
}

/*******************************************************************************/
/* Retourne que la page physique actuelle est libre */

void physical_page_free(u32 page)
{
	bitmap[(page / 8)] &= ~(1 << (page % 8));
}

/*******************************************************************************/
/* Reserve un espace mémoire physique dans le bitmap */

void physical_range_use(u64 addr, u64 len)
{
	u32     nbpage = TOPAGE(len);
	u32     pagesrc = TOPAGE(addr);
	if (len & 0x3FF > 0)
		nbpage++;
	if (addr >= MAXMEMSIZE)
		return;
	if (addr + len >= MAXMEMSIZE)
		len = MAXMEMSIZE - addr - 1;
	for (u32 page = pagesrc; page < pagesrc + nbpage; page++)
		physical_page_use(page);
}

/*******************************************************************************/
/* Libère un espace mémoire physique dans le bitmap */

void physical_range_free(u64 addr, u64 len)
{
	u32     nbpage = TOPAGE(len);
	u32     pagesrc = TOPAGE(addr);
	if (len & 0x3FF > 0)
		nbpage++;
	if (addr >= MAXMEMSIZE)
		return;
	if (addr + len >= MAXMEMSIZE)
		len = MAXMEMSIZE - addr - 1;
	for (u32 page = pagesrc; page < pagesrc + nbpage; page++)
		physical_page_free(page);
}

/*******************************************************************************/
/* Retourne une page physique libre */

u8     *physical_page_getfree(void)
{
	u32     byte;
	u8      bit;
	u32     page = 0;
	for (byte = 0; byte < sizeof(bitmap); byte++)
		if (bitmap[byte] != 0xFF)
			for (bit = 0; bit < 8; bit++)
				if (!(bitmap[byte] & (1 << bit)))
				{
					page = 8 * byte + bit;
					physical_page_use(page);
					return (u8 *) (page * PAGESIZE);
				}
	return NULL;
}

/*******************************************************************************/
/* Retourne l'espace libre */

u64 getmemoryfree(void)
{
	u32     byte, bit;
	u64     free = 0;
	for (byte = 0; byte < sizeof(bitmap); byte++)
		if (bitmap[byte] != 0xFF)
			for (bit = 0; bit < 8; bit++)
				if (!(bitmap[byte] & (1 << bit)))
					free += PAGESIZE;
	return free;
}

/*******************************************************************************/
/* Initialisation du bitmap pour la gestion physique de la mémoire */

void physical_init()
{
	for (u64 page = 0; page < sizeof(bitmap); page++)
		bitmap[page] = 0xFF;
	for (u8 i=0;i<allparams->e820_numbers;i++)
	{
		if (allparams->e820_table[i].type == E820_TYPE_RAM)
			physical_range_free(allparams->e820_table[i].addr, allparams->e820_table[i].size);
		else
			physical_range_use(allparams->e820_table[i].addr, allparams->e820_table[i].size);
		if ((allparams->e820_table[i].addr + allparams->e820_table[i].size > memorysize) && allparams->e820_table[i].type == E820_TYPE_RAM)
			memorysize = allparams->e820_table[i].addr + allparams->e820_table[i].size;
		if (memorysize >= MAXMEMSIZE)
			memorysize = MAXMEMSIZE - 1;
	}
	physical_range_use(0x0, KERNELSIZE);		
}

/*******************************************************************************/
/* Retourne une page virtuelle de mémoire */

page   *virtual_page_getfree(void)
{
	page   *pg;
	vrange *vpages;
	u8     *vaddr, *paddr;
	paddr = physical_page_getfree();
	if (paddr == NULL)
		panic("Plus de memoire physique disponible !\n");
	if (TAILQ_EMPTY(&vrange_head))
		panic("Plus de place disponible dans la reserve de page !\n");
	vpages = TAILQ_FIRST(&vrange_head);
	vaddr = vpages->vaddrlow;
	vpages->vaddrlow += PAGESIZE;
	if (vpages->vaddrlow == vpages->vaddrhigh)
	{
		TAILQ_REMOVE(&vrange_head, vpages, tailq);
		vfree(vpages);
	}
	virtual_pd_page_add(NULL, vaddr, paddr, 0);
	pg = (page *) vmalloc(sizeof(page));
	pg->vaddr = vaddr;
	pg->paddr = paddr;
	return pg;
}

/*******************************************************************************/
/* Création d'un directory pour la gestion virtuelle de la mémoire */

pd     *virtual_pd_create()
{
	pd     *new;
	u32    *pdir, *pd0;
	u32     i;
	new = (pd *) vmalloc(sizeof(pd));
	new->addr = virtual_page_getfree();
	pdir = (u32 *) new->addr->vaddr;
	pd0 = (u32 *) KERNEL_PD_ADDR;
	for (i = 0; i < 256; i++)
		pdir[i] = pd0[i];
	for (i = 256; i < 1023; i++)
		pdir[i] = 0;
	pdir[1023] =
		((u32) new->addr->paddr | (PAGE_PRESENT | PAGE_WRITE));
	TAILQ_INIT(&new->page_head);
	return new;
}

/*******************************************************************************/
/* Attache une page virtuelle de la mémoire dans le directory spécifié */

void virtual_pd_page_add(pd * dst, u8 * vaddr, u8 * paddr, u32 flags)
{
	u32    *pdir;
	u32    *ptable;
	u32    *pt;
	page   *pg;
	int     i;
	if (dst == NULL)
		if (vaddr > (u8 *) USER_CODE)
		{
			printf("ERREUR: Adresse %X n'est pas dans l'espace noyau !\n", vaddr);
			return;
		}
	pdir = (u32 *) (0xFFFFF000 | (((u32) vaddr & 0xFFC00000) >> 20));
	if ((*pdir & PAGE_PRESENT) == 0)
	{
		if (dst == NULL)
			panic(sprintf
			      ("Page table introuvable pour l'adresse %x !\r\n",
			       vaddr));
		pg = virtual_page_getfree();
		pt = (u32 *) pg->vaddr;
		for (i = 1; i < 1024; i++)
			pt[i] = 0;
		*pdir = (u32) pg->paddr | (PAGE_PRESENT | PAGE_WRITE |
					   flags);
		if (dst)
			TAILQ_INSERT_TAIL(&dst->page_head, pg, tailq);
	}
	ptable = (u32 *) (0xFFC00000 | (((u32) vaddr & 0xFFFFF000) >> 10));
	*ptable = ((u32) paddr) | (PAGE_PRESENT | PAGE_WRITE | flags);
	return;
}

/*******************************************************************************/
/* Retire une page virtuelle de la mémoire dans le directory spécifié */

void virtual_pd_page_remove(u8 * vaddr)
{
	u32    *ptable;
	if (virtual_to_physical(vaddr))
	{
		ptable = (u32 *) (0xFFC00000 |
				  (((u32) vaddr & 0xFFFFF000) >> 10));
		*ptable = (*ptable & (~PAGE_PRESENT));
		asm("invlpg %0"::"m"(vaddr));
	}
	return;
}

/*******************************************************************************/
/* Renvoie l'adresse physique de la page virtuel */

u8     *virtual_to_physical(u8 * vaddr)
{
	u32    *pdir;
	u32    *ptable;

	pdir = (u32 *) (0xFFFFF000 | (((u32) vaddr & 0xFFC00000) >> 20));
	if ((*pdir & PAGE_PRESENT))
	{
		ptable = (u32 *) (0xFFC00000 |
				  (((u32) vaddr & 0xFFFFF000) >> 10));
		if ((*ptable & PAGE_PRESENT))
			return (u8 *) ((*ptable & 0xFFFFF000) +
				       (TOPG((u32) vaddr)));
	}
	return 0;
}

/*******************************************************************************/
/* Détermine une plage virtuelle de mémoire comme étant mappé aux adresses physiques spécifiées GENERIQUE*/

void virtual_range_use(pd * dst, u8 * vaddr, u8 * paddr, u64 len,
		       u32 flags)
{
	u64     i;
	u32     realen = len / PAGESIZE;
	page   *pg;
	if (len % PAGESIZE != 0)
		realen++;
	for (i = 0; i < realen; i++)
	{
		if (dst == NULL)
		{
			virtual_pd_page_add(dst, vaddr + i * PAGESIZE,
					    paddr + i * PAGESIZE, flags);
		}
		else
		{
			pg = (page *) vmalloc(sizeof(page));
			pg->paddr = paddr + i * PAGESIZE;
			pg->vaddr = vaddr + i * PAGESIZE;
			TAILQ_INSERT_TAIL(&dst->page_head, pg, tailq);
			virtual_pd_page_add(dst, pg->vaddr, pg->paddr,
					    flags);
		}
	}
}

/*******************************************************************************/
/* Supprime une plage virtuelle de mémoire GENERIQUE */

void virtual_range_free(pd * dst, u8 * vaddr, u64 len)
{
	u64     i;
	u32     realen = len / PAGESIZE;
	if (len % PAGESIZE != 0)
		realen++;
	for (i = 0; i < realen; i++)
	{
		virtual_pd_page_remove(vaddr + i * PAGESIZE);
		virtual_page_free(vaddr);
	}
}

/*******************************************************************************/
/* Détermine une plage virtuelle de mémoire en attribuant de la mémoire physique GENERIQUE */

void virtual_range_new(pd * dst, u8 * vaddr, u64 len, u32 flags)
{
	u64     i;
	u32     realen = len / PAGESIZE;
	page   *pg;
	if (len % PAGESIZE != 0)
		realen++;
	for (i = 0; i < realen; i++)
	{
		if (dst == NULL)
		{
			virtual_pd_page_add(dst, vaddr + i * PAGESIZE,
					    physical_page_getfree(),
					    flags);
		}
		else
		{
			pg = (page *) vmalloc(sizeof(page));
			pg->paddr = physical_page_getfree();
			pg->vaddr = vaddr + i * PAGESIZE;
			TAILQ_INSERT_TAIL(&dst->page_head, pg, tailq);
			virtual_pd_page_add(dst, pg->vaddr, pg->paddr,
					    flags);
		}
	}
}

/*******************************************************************************/
/* Détermine une plage virtuelle de mémoire comme étant mappé aux adresses physiques spécifiées pour le noyau*/

void virtual_range_use_kernel(u8 * vaddr, u8 * paddr, u64 * len, u32 flags)
{
	virtual_range_use(NULL, vaddr, paddr, len, flags);
}

/*******************************************************************************/
/* Supprime une plage virtuelle de mémoire pour le noyau */

void virtual_range_free_kernel(u8 * vaddr, u64 len)
{
	virtual_range_free(NULL, vaddr, len);
}

/*******************************************************************************/
/* Détermine une plage virtuelle de mémoire en attribuant de la mémoire physique pour le noyau */

void virtual_range_new_kernel(u8 * vaddr, u64 len, u32 flags)
{
	virtual_range_new(NULL, vaddr, len, flags);
}

/*******************************************************************************/
/* Renvoie le nombre de pages virtuelles occupées */

u32 virtual_getpagesused()
{
	u32     maxpage = ((u32) MAXPAGESSIZE) / ((u16) PAGESIZE);
	return maxpage - virtual_getpagesfree();
}

/*******************************************************************************/
/* Renvoie le nombre de pages virtuelles libres */

u32 virtual_getpagesfree()
{
	vrange *next;
	u32     realsize = 0;
	TAILQ_FOREACH(next, &vrange_head, tailq) realsize +=
		(next->vaddrhigh - next->vaddrlow) / PAGESIZE;
	return realsize;
}


/*******************************************************************************/
/* Libère une page virtuelle de la mémoire */

void virtual_page_free(u8 * vaddr)
{
	vrange *next, *prev, *new;
	u8     *paddr;
	paddr = virtual_to_physical(vaddr);
	if (paddr)
		physical_page_free(TOPAGE((u32) paddr));
	else
	{
		printf("Aucune page associee a l'adresse virtuelle %x\n",
		       vaddr);
		return;
	}
	virtual_pd_page_remove(vaddr);
	TAILQ_FOREACH(next, &vrange_head, tailq)
	{
		if (next->vaddrlow > vaddr)
			break;
	}
	prev = TAILQ_PREV(next, vrange_s, tailq);
	if (prev->vaddrhigh == vaddr)
	{
		prev->vaddrhigh += PAGESIZE;
		if (prev->vaddrhigh == next->vaddrlow)
		{
			prev->vaddrhigh = next->vaddrhigh;
			TAILQ_REMOVE(&vrange_head, next, tailq);
			vfree(next);
		}
	}
	else if (next->vaddrlow == vaddr + PAGESIZE)
	{
		next->vaddrlow = vaddr;
	}
	else if (next->vaddrlow > vaddr + PAGESIZE)
	{
		new = (vrange *) vmalloc(sizeof(vrange));
		new->vaddrlow = vaddr;
		new->vaddrhigh = vaddr + PAGESIZE;
		TAILQ_INSERT_BEFORE(prev, new, tailq);
	}
	else
		panic("Liste chainee corrompue !\n");
	return 0;
}

/*******************************************************************************/
/* Destruction d'un directory pour la gestion virtuelle de la mémoire */

void virtual_pd_destroy(pd * dst)
{
	page   *pg;
	TAILQ_FOREACH(pg, &dst->page_head, tailq)
	{
		virtual_page_free(pg->vaddr);
		TAILQ_REMOVE(&dst->page_head, pg, tailq);
		vfree(pg);
	}
	virtual_page_free(dst->addr->vaddr);
	vfree(dst);
	return 0;
}

/*******************************************************************************/
/* Affiche toutes les page du directory */

void virtual_pd_show(pd *dst)
{
	page   *pg;
	bool first=true;
	TAILQ_FOREACH(pg, &dst->page_head, tailq)
	{
		if (!first)
			print(",");
		else
			first=false;
		printf("%Y",(u32)pg->vaddr);
	}
}

/*******************************************************************************/
/* Initialise une pages virtuelles (size) pour le heap du noyau */

void malloc_init(void)
{
	tmalloc *chunk;
	chunk = (tmalloc *) KERNEL_HEAP;
	virtual_pd_page_add(NULL, KERNEL_HEAP, physical_page_getfree(),
			    PAGE_NOFLAG);
	kernelcurrentheap = KERNEL_HEAP + PAGESIZE;
	chunk->size = PAGESIZE;
	chunk->used = 0;
}


/*******************************************************************************/
/* Initialisation d'une STAILQ pour la gestion virtuelle de la mémoire */

void virtual_init(void)
{
	vrange *vpages = (vrange *) vmalloc(sizeof(vrange));
	vpages->vaddrlow = (u8 *) KERNEL_PAGES + PAGESIZE;
	vpages->vaddrhigh = (u8 *) KERNEL_PAGES + MAXPAGESSIZE;
	TAILQ_INIT(&vrange_head);
	TAILQ_INSERT_TAIL(&vrange_head, vpages, tailq);
}

/*******************************************************************************/
/* Initialisation des 8 premiers MB de la mémoire en identity mapping */

void identity_init(void)
{
	u32     i;
	u32    *pd0 = KERNEL_PD_ADDR;
	u8     *pg0 = (u8 *) 0;
	u8     *pg1 = (u8 *) (PAGESIZE * PAGENUMBER);
	pd0[0] = ((u32) pg0 | (PAGE_PRESENT | PAGE_WRITE | PAGE_4MB));
	pd0[1] = ((u32) pg1 | (PAGE_PRESENT | PAGE_WRITE | PAGE_4MB));
	for (i = 2; i < 1023; i++)
		pd0[i] = ((u32) pg1 +
			  PAGESIZE * i) | (PAGE_PRESENT | PAGE_WRITE);
	pd0[1023] = ((u32) pd0 | (PAGE_PRESENT | PAGE_WRITE));
}

/*******************************************************************************/
/* Initialisation des registres CR0, CR3, CR4 */

void registry_init(void)
{
	asm("mov %[directory_addr], %%eax \n \
        mov %%eax, %%cr3 \n \
        mov %%cr4, %%eax \n \
		or $0x00000010, %%eax \n \
        mov %%eax, %%cr4 \n \
        mov %%cr0, %%eax \n \
		or $0x80000001, %%eax \n \
        mov %%eax, %%cr0"::[directory_addr] "i"(KERNEL_PD_ADDR));
}

/*******************************************************************************/
/* Initialisation de la mémoire paginée */

void initpaging()
{
	identity_init();
	registry_init();
	physical_init();
	malloc_init();
	virtual_init();
}

/*******************************************************************************/
/* Copie un octet une ou plusieurs fois en mémoire */

void memset(void *dst, u8 val, u32 count, u32 size)
{
	u8     *d = (u8 *) dst;
	if (size > 0)
		size--;
	for (; count != 0; count--)
	{
		*(d++) = val;
		d += size;
	}
}

/*******************************************************************************/
/* Copie une portion de mémoire vers une autre */

void memcpy(void *src, void *dst, u32 count, u32 size)
{
	u8     *s = (u8 *) src;
	u8     *d = (u8 *) dst;
	if (size > 0)
		size--;
	for (; count != 0; count--)
	{
		*(d++) = *(s++);
		d += size;
	}
}

/*******************************************************************************/
/* Compare 2 portions de mémoire */

u32 memcmp(void *src, void *dst, u32 count, u32 size)
{
	u8     *s = (u8 *) src;
	u8     *d = (u8 *) dst;
	if (size > 0)
		size--;
	for (; count != 0; count--)
	{
		if (*(s++) != *(d++))
			return *d - *s;
		s += size;
		d += size;
	}
}

/*******************************************************************************/