palacios/src/geekos/mem.c

   1 /*
   2  * Physical memory allocation
   3  * Copyright (c) 2001,2003,2004 David H. Hovemeyer <daveho@cs.umd.edu>
   4  * Copyright (c) 2003, Jeffrey K. Hollingsworth <hollings@cs.umd.edu>
   5  * $Revision: 1.5 $
   6  *
   7  * This is free software.  You are permitted to use,
   8  * redistribute, and modify it as specified in the file "COPYING".
   9  */
  10
  11 #include <geekos/defs.h>
  12 #include <geekos/ktypes.h>
  13 #include <geekos/kassert.h>
  14 #include <geekos/bootinfo.h>
  15 #include <geekos/gdt.h>
  16 #include <geekos/screen.h>
  17 #include <geekos/int.h>
  18 #include <geekos/malloc.h>
  19 #include <geekos/string.h>
  20 #include <geekos/mem.h>
  21
  22 #include <geekos/serial.h>
  23 #include <geekos/debug.h>
  24
  25
  26 /* ----------------------------------------------------------------------
  27  * Global data
  28  * ---------------------------------------------------------------------- */
  29
  30 /*
  31  * List of Page structures representing each page of physical memory.
  32  */
  33 struct Page* g_pageList;
  34
  35 /*
  36  * Number of pages currently available on the freelist.
  37  */
  38 uint_t g_freePageCount = 0;
  39
  40
  41
  42 /*
  43  *  the disgusting way to get at the memory assigned to a VM
  44  */
  45 extern ulong_t vm_range_start;
  46 extern ulong_t vm_range_end;
  47 extern ulong_t guest_kernel_start;
  48 extern ulong_t guest_kernel_end;
  49
  50
  51
  52 /* ----------------------------------------------------------------------
  53  * Private data and functions
  54  * ---------------------------------------------------------------------- */
  55
  56 /*
  57  * Defined in paging.c
  58  */
  59 extern int debugFaults;
  60 #define Debug(args...) if (debugFaults) Print(args)
  61
  62 /*
  63  * List of pages available for allocation.
  64  */
  65 static struct Page_List s_freeList;
  66
  67 /*
  68  * Total number of physical pages.
  69  */
  70 int unsigned s_numPages;
  71
  72
  73
  74
  75 /*
  76  * Add a range of pages to the inventory of physical memory.
  77  */
  78 static void Add_Page_Range(ulong_t start, ulong_t end, int flags)
  79 {
  80     ulong_t addr;
  81
  82     PrintBoth("Start: %u, End: %u  (Type=0x%.4x)\n", (unsigned int)start, (unsigned int)end, flags);
  83
  84     KASSERT(Is_Page_Multiple(start));
  85     KASSERT(Is_Page_Multiple(end));
  86     KASSERT(start < end);
  87
  88     //Print("Adding %lu pages\n", (end - start) / PAGE_SIZE);
  89
  90     for (addr = start; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
  91       //      Print("Adding Page at %u\n", (unsigned int)addr);
  92         struct Page *page = Get_Page(addr);
  93
  94         page->flags = flags;
  95
  96         if (flags == PAGE_AVAIL) {
  97             /* Add the page to the freelist */
  98             Add_To_Back_Of_Page_List(&s_freeList, page);
  99
 100             /* Update free page count */
 101             ++g_freePageCount;
 102         } else {
 103             Set_Next_In_Page_List(page, 0);
 104             Set_Prev_In_Page_List(page, 0);
 105         }
 106
 107     }
 108     //   Print("%d pages now in freelist\n", g_freePageCount);
 109
 110 }
 111
 112 /* ----------------------------------------------------------------------
 113  * Public functions
 114  * ---------------------------------------------------------------------- */
 115
 116 /*
 117  * The linker defines this symbol to indicate the end of
 118  * the executable image.
 119  */
 120 extern char end;
 121
 122 /*
 123  * Initialize memory management data structures.
 124  * Enables the use of Alloc_Page() and Free_Page() functions.
 125  */
 126 void Init_Mem(struct Boot_Info* bootInfo)
 127 {
 128     ulong_t numPages = bootInfo->memSizeKB >> 2;
 129     ulong_t endOfMem = numPages * PAGE_SIZE;
 130     unsigned numPageListBytes = sizeof(struct Page) * numPages;
 131     ulong_t pageListAddr;
 132     ulong_t pageListEnd;
 133     ulong_t kernEnd;
 134     ulong_t guestEnd;
 135     ulong_t heapAddr;
 136     ulong_t heapEnd;
 137     ulong_t vmmMemEnd;
 138
 139
 140     KASSERT(bootInfo->memSizeKB > 0);
 141
 142
 143     /*
 144      * Before we do anything, switch from setup.asm's temporary GDT
 145      * to the kernel's permanent GDT.
 146      */
 147     Init_GDT();
 148
 149
 150     PrintBoth("Total Memory Size: %u MBytes\n", bootInfo->memSizeKB/1024);
 151     PrintBoth("Page List Size: %u bytes\n", numPageListBytes);
 152
 153
 154     /* Memory Layout:
 155      * bios area (1 page reserved)
 156      * kernel_thread_obj (1 page)
 157      * kernel_stack (1 page)
 158      * available space
 159      * start - end:       kernel
 160      * available space
 161      * ISA_HOLE_START - ISA_HOLE_END: hardware
 162      * EXTENDED_MEMORY:
 163      *        VM Guest (variable pages)
 164      *        Heap (512 Pages)
 165      *        Page List (variable pages)
 166      *        Available Memory for VMM (4096 pages)
 167      *        VM Memory (everything else)
 168      */
 169
 170     kernEnd = Round_Up_To_Page((ulong_t)&end);
 171     PrintBoth("Kernel End=%lx\n", kernEnd);
 172
 173
 174     /* ************************************************************************************** */
 175     /* If we have dynamic loading of the guest kernel, we should put the relocation code here */
 176     /* ************************************************************************************** */
 177
 178     guestEnd = Round_Up_To_Page(ISA_HOLE_END + bootInfo->guest_size);
 179     heapAddr = guestEnd;
 180     heapEnd = Round_Up_To_Page(heapAddr + KERNEL_HEAP_SIZE);
 181     pageListAddr = heapEnd;
 182     pageListEnd = Round_Up_To_Page(pageListAddr + numPageListBytes);
 183     /* Global variables */
 184     // These must be set before we can call Add_Page_Range..
 185     g_pageList = (struct Page*) pageListAddr;
 186     s_numPages = numPages;
 187     /* ** */
 188     vmmMemEnd = Round_Up_To_Page(pageListEnd + VMM_AVAIL_MEM_SIZE);
 189
 190
 191     /*
 192      *  the disgusting way to get at the memory assigned to a VM
 193      */
 194     vm_range_start = vmmMemEnd;
 195     vm_range_end = endOfMem;
 196     guest_kernel_start = ISA_HOLE_END;
 197     guest_kernel_end = guestEnd;
 198
 199     Add_Page_Range(0, PAGE_SIZE, PAGE_UNUSED);                        // BIOS area
 200     Add_Page_Range(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE * 3, PAGE_ALLOCATED);         // Intial kernel thread obj + stack
 201     Add_Page_Range(PAGE_SIZE * 3, KERNEL_START_ADDR, PAGE_AVAIL);     // Available space
 202     Add_Page_Range(KERNEL_START_ADDR, kernEnd, PAGE_KERN);            // VMM Kernel
 203     Add_Page_Range(kernEnd, ISA_HOLE_START, PAGE_AVAIL);              // Available Space
 204     Add_Page_Range(ISA_HOLE_START, ISA_HOLE_END, PAGE_HW);            // Hardware ROMs
 205     Add_Page_Range(ISA_HOLE_END, guestEnd, PAGE_VM);                  // Guest kernel location
 206     Add_Page_Range(heapAddr, heapEnd, PAGE_HEAP);                     // Heap
 207     Add_Page_Range(pageListAddr, pageListEnd, PAGE_KERN);              // Page List
 208     Add_Page_Range(pageListEnd, vmmMemEnd, PAGE_AVAIL);                // Available VMM memory
 209     Add_Page_Range(vmmMemEnd, endOfMem, PAGE_VM);                      // Memory allocated to the VM
 210
 211
 212
 213     /* Initialize the kernel heap */
 214     Init_Heap(heapAddr, KERNEL_HEAP_SIZE);
 215
 216     PrintBoth("%uKB memory detected, %u pages in freelist, %d bytes in kernel heap\n",
 217         bootInfo->memSizeKB, g_freePageCount, KERNEL_HEAP_SIZE);
 218
 219     PrintBoth("Memory Layout:\n");
 220     PrintBoth("%x to %x - BIOS AREA\n", 0, PAGE_SIZE - 1);
 221     PrintBoth("%x to %x - KERNEL_THREAD_OBJ\n", PAGE_SIZE, PAGE_SIZE * 2 - 1);
 222     PrintBoth("%x to %x - KERNEL_STACK\n", PAGE_SIZE * 2, PAGE_SIZE * 3 - 1);
 223     PrintBoth("%lx to %x - FREE\n", PAGE_SIZE * 3, KERNEL_START_ADDR - 1);
 224     PrintBoth("%x to %x - KERNEL CODE\n", KERNEL_START_ADDR, kernEnd - 1);
 225     PrintBoth("%lx to %x - FREE\n", kernEnd, ISA_HOLE_START - 1);
 226     PrintBoth("%x to %x - ISA_HOLE\n", ISA_HOLE_START, ISA_HOLE_END - 1);
 227     PrintBoth("%x to %x - VM_KERNEL\n", ISA_HOLE_END, guestEnd - 1);
 228     PrintBoth("%x to %x - KERNEL HEAP\n", heapAddr, heapEnd - 1);
 229     PrintBoth("%lx to %lx - PAGE LIST\n", pageListAddr, pageListEnd - 1);
 230     PrintBoth("%lx to %x - FREE\n", pageListEnd, vmmMemEnd - 1);
 231     PrintBoth("%lx to %x - GUEST_MEMORY\n", vmmMemEnd, endOfMem - 1);
 232 }
 233
 234 /*
 235  * Initialize the .bss section of the kernel executable image.
 236  */
 237 void Init_BSS(void)
 238 {
 239     extern char BSS_START, BSS_END;
 240
 241     /* Fill .bss with zeroes */
 242     memset(&BSS_START, '\0', &BSS_END - &BSS_START);
 243     PrintBoth("BSS Inited, BSS_START=%x, BSS_END=%x\n",BSS_START,BSS_END);
 244 }
 245
 246 /*
 247  * Allocate a page of physical memory.
 248  */
 249 void* Alloc_Page(void)
 250 {
 251     struct Page* page;
 252     void *result = 0;
 253
 254     bool iflag = Begin_Int_Atomic();
 255
 256     /* See if we have a free page */
 257     if (!Is_Page_List_Empty(&s_freeList)) {
 258         /* Remove the first page on the freelist. */
 259         page = Get_Front_Of_Page_List(&s_freeList);
 260         KASSERT((page->flags & PAGE_ALLOCATED) == 0);
 261         Remove_From_Front_Of_Page_List(&s_freeList);
 262
 263         /* Mark page as having been allocated. */
 264         page->flags |= PAGE_ALLOCATED;
 265         g_freePageCount--;
 266         result = (void*) Get_Page_Address(page);
 267     }
 268
 269     End_Int_Atomic(iflag);
 270
 271     return result;
 272 }
 273
 274 /*
 275  * Free a page of physical memory.
 276  */
 277 void Free_Page(void* pageAddr)
 278 {
 279     ulong_t addr = (ulong_t) pageAddr;
 280     struct Page* page;
 281     bool iflag;
 282
 283     iflag = Begin_Int_Atomic();
 284
 285     KASSERT(Is_Page_Multiple(addr));
 286
 287     /* Get the Page object for this page */
 288     page = Get_Page(addr);
 289     KASSERT((page->flags & PAGE_ALLOCATED) != 0);
 290
 291     /* Clear the allocation bit */
 292     page->flags &= ~(PAGE_ALLOCATED);
 293
 294     /* Put the page back on the freelist */
 295     Add_To_Back_Of_Page_List(&s_freeList, page);
 296     g_freePageCount++;
 297
 298     End_Int_Atomic(iflag);
 299 }