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: 1.13 $
   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 #ifdef RAMDISK_BOOT
  36 ulong_t g_ramdiskImage;
  37 ulong_t s_ramdiskSize;
  38 #endif
  39
  40 /*
  41  * Number of pages currently available on the freelist.
  42  */
  43 uint_t g_freePageCount = 0;
  44
  45
  46
  47 /*
  48  *  the disgusting way to get at the memory assigned to a VM
  49  */
  50 extern ulong_t vm_range_start;
  51 extern ulong_t vm_range_end;
  52 extern ulong_t guest_kernel_start;
  53 extern ulong_t guest_kernel_end;
  54
  55
  56
  57 /* ----------------------------------------------------------------------
  58  * Private data and functions
  59  * ---------------------------------------------------------------------- */
  60
  61 /*
  62  * Defined in paging.c
  63  */
  64 extern int debugFaults;
  65 #define Debug(args...) if (debugFaults) Print(args)
  66
  67 /*
  68  * List of pages available for allocation.
  69  */
  70 static struct Page_List s_freeList;
  71
  72 /*
  73  * Total number of physical pages.
  74  */
  75 int unsigned s_numPages;
  76
  77
  78
  79
  80 /*
  81  * Add a range of pages to the inventory of physical memory.
  82  */
  83 static void Add_Page_Range(ulong_t start, ulong_t end, int flags)
  84 {
  85     ulong_t addr;
  86
  87     PrintBoth("Start: %u (0x%x), End: %u(0x%x)  (Type=0x%.4x)\n", (unsigned int)start, start, (unsigned int)end, end, flags);
  88
  89     KASSERT(Is_Page_Multiple(start));
  90     KASSERT(Is_Page_Multiple(end));
  91     KASSERT(start < end);
  92
  93     //Print("Adding %lu pages\n", (end - start) / PAGE_SIZE);
  94
  95     for (addr = start; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
  96       //      Print("Adding Page at %u\n", (unsigned int)addr);
  97         struct Page *page = Get_Page(addr);
  98
  99         page->flags = flags;
 100
 101         if (flags == PAGE_AVAIL) {
 102             /* Add the page to the freelist */
 103             Add_To_Back_Of_Page_List(&s_freeList, page);
 104
 105             /* Update free page count */
 106             ++g_freePageCount;
 107         } else {
 108             Set_Next_In_Page_List(page, 0);
 109             Set_Prev_In_Page_List(page, 0);
 110         }
 111
 112     }
 113     //   Print("%d pages now in freelist\n", g_freePageCount);
 114
 115 }
 116
 117 /* ----------------------------------------------------------------------
 118  * Public functions
 119  * ---------------------------------------------------------------------- */
 120
 121 /*
 122  * The linker defines this symbol to indicate the end of
 123  * the executable image.
 124  */
 125 extern char end;
 126
 127 /*
 128  * Initialize memory management data structures.
 129  * Enables the use of Alloc_Page() and Free_Page() functions.
 130  */
 131 void Init_Mem(struct Boot_Info* bootInfo)
 132 {
 133     ulong_t numPages = bootInfo->memSizeKB >> 2;
 134     ulong_t endOfMem = numPages * PAGE_SIZE;
 135     unsigned numPageListBytes = sizeof(struct Page) * numPages;
 136     ulong_t pageListAddr;
 137     ulong_t pageListEnd;
 138     ulong_t kernEnd;
 139     ulong_t heapAddr;
 140     ulong_t heapEnd;
 141     ulong_t vmmMemEnd;
 142
 143     /*Zheng 08/03/2008*/
 144 #ifdef RAMDISK_BOOT
 145     g_ramdiskImage = bootInfo->ramdisk_image;
 146     s_ramdiskSize = bootInfo->ramdisk_size;
 147     ulong_t initrdAddr;
 148     ulong_t initrdEnd;
 149 #endif
 150
 151
 152     KASSERT(bootInfo->memSizeKB > 0);
 153
 154
 155     /*
 156      * Before we do anything, switch from setup.asm's temporary GDT
 157      * to the kernel's permanent GDT.
 158      */
 159     Init_GDT();
 160
 161
 162     PrintBoth("Total Memory Size: %u MBytes\n", bootInfo->memSizeKB/1024);
 163     PrintBoth("Page List (at 0x%x) Size: %u bytes\n", &s_freeList, numPageListBytes);
 164
 165
 166     /* Memory Layout:
 167      * bios area (1 page reserved)
 168      * kernel_thread_obj (1 page)
 169      * kernel_stack (1 page)
 170      * available space
 171      * available space
 172      * ISA_HOLE_START - ISA_HOLE_END: hardware
 173      * EXTENDED_MEMORY:
 174      *        start - end:       kernel
 175      *        VM Guest (variable pages)
 176      *        Heap (512 Pages)
 177      *        Page List (variable pages)
 178      *        Available Memory for VMM (4096 pages)
 179      *        Ramdisk //Zheng 08/03/2008
 180      *        VM Memory (everything else)
 181      */
 182
 183     //kernEnd = Round_Up_To_Page((ulong_t)&end);
 184     kernEnd = (ulong_t)&end;
 185
 186     PrintBoth("Kernel End=%lx\n", kernEnd);
 187
 188
 189     /* ************************************************************************************** */
 190     /* If we have dynamic loading of the guest kernel, we should put the relocation code here */
 191     /* ************************************************************************************** */
 192
 193     kernEnd = Round_Up_To_Page(kernEnd);
 194     heapAddr = kernEnd;
 195     heapEnd = Round_Up_To_Page(heapAddr + KERNEL_HEAP_SIZE);
 196     pageListAddr = heapEnd;
 197     pageListEnd = Round_Up_To_Page(pageListAddr + numPageListBytes);
 198     /* Global variables */
 199     // These must be set before we can call Add_Page_Range..
 200     g_pageList = (struct Page*) pageListAddr;
 201     s_numPages = numPages;
 202     /* ** */
 203     vmmMemEnd = Round_Up_To_Page(pageListEnd + VMM_AVAIL_MEM_SIZE);
 204
 205 #ifdef RAMDISK_BOOT
 206     /*
 207      * Zheng 08/03/2008
 208      * copy the ramdisk to this area
 209      */
 210
 211     initrdAddr = vmmMemEnd;
 212     initrdEnd = Round_Up_To_Page(initrdAddr + s_ramdiskSize);
 213     PrintBoth("mem.c(%d) Move ramdisk(%dB) from %x to %x", __LINE__, s_ramdiskSize, g_ramdiskImage, initrdAddr);
 214     memcpy((ulong_t *)initrdAddr, (ulong_t *)g_ramdiskImage, s_ramdiskSize);
 215     PrintBoth(" done\n");
 216     PrintBoth("mem.c(%d) Set 0 to unused bytes in the last ramdisk page from %x to %x", __LINE__, initrdAddr+s_ramdiskSize, initrdEnd);
 217     memset((ulong_t *)initrdAddr+s_ramdiskSize, 0, initrdEnd-(initrdAddr+s_ramdiskSize));
 218     PrintBoth(" done\n");
 219     /*
 220      * Zheng 08/03/2008
 221      */
 222     vm_range_start = initrdEnd;
 223     vm_range_end = endOfMem;
 224 #else
 225
 226     /*
 227      *  the disgusting way to get at the memory assigned to a VM
 228      */
 229
 230     vm_range_start = vmmMemEnd;
 231     vm_range_end = endOfMem;
 232
 233 #endif
 234
 235     Add_Page_Range(0, PAGE_SIZE, PAGE_UNUSED);                        // BIOS area
 236     Add_Page_Range(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE * 3, PAGE_ALLOCATED);         // Intial kernel thread obj + stack
 237     Add_Page_Range(PAGE_SIZE * 3, ISA_HOLE_START, PAGE_AVAIL);     // Available space
 238     Add_Page_Range(ISA_HOLE_START, ISA_HOLE_END, PAGE_HW);            // Hardware ROMs
 239     Add_Page_Range(KERNEL_START_ADDR, kernEnd, PAGE_KERN);            // VMM Kernel
 240     //    Add_Page_Range(guest_kernel_start, guestEnd, PAGE_VM);                  // Guest kernel location
 241     Add_Page_Range(heapAddr, heapEnd, PAGE_HEAP);                     // Heap
 242     Add_Page_Range(pageListAddr, pageListEnd, PAGE_KERN);             // Page List
 243     Add_Page_Range(pageListEnd, vmmMemEnd, PAGE_AVAIL);               // Available VMM memory
 244
 245 #ifdef RAMDISK_BOOT
 246     /*
 247      * Zheng 08/03/2008
 248      */
 249     Add_Page_Range(vmmMemEnd, initrdEnd, PAGE_ALLOCATED);              //Ramdisk memory area
 250     //    Add_Page_Range(vmmMemEnd, endOfMem, PAGE_VM);                // Memory allocated to the VM
 251     // Until we get a more intelligent memory allocator
 252     Add_Page_Range(initrdEnd, endOfMem, PAGE_AVAIL);                   // Memory allocated to the VM
 253 #else
 254     Add_Page_Range(vmmMemEnd, endOfMem, PAGE_AVAIL);                   // Memory allocated to the VM
 255 #endif
 256
 257     /* Initialize the kernel heap */
 258     Init_Heap(heapAddr, KERNEL_HEAP_SIZE);
 259
 260     PrintBoth("%uKB memory detected, %u pages in freelist, %d bytes in kernel heap\n",
 261         bootInfo->memSizeKB, g_freePageCount, KERNEL_HEAP_SIZE);
 262
 263     PrintBoth("Memory Layout:\n");
 264     PrintBoth("%x to %x - BIOS AREA\n", 0, PAGE_SIZE - 1);
 265     PrintBoth("%x to %x - KERNEL_THREAD_OBJ\n", PAGE_SIZE, PAGE_SIZE * 2 - 1);
 266     PrintBoth("%x to %x - KERNEL_STACK\n", PAGE_SIZE * 2, PAGE_SIZE * 3 - 1);
 267     PrintBoth("%lx to %x - FREE\n", PAGE_SIZE * 3, ISA_HOLE_START - 1);
 268     PrintBoth("%x to %x - ISA_HOLE\n", ISA_HOLE_START, ISA_HOLE_END - 1);
 269     PrintBoth("%x to %x - KERNEL CODE + VM_KERNEL\n", KERNEL_START_ADDR, kernEnd - 1);
 270     //    PrintBoth("%x to %x - VM_KERNEL\n", kernEnd, guestEnd - 1);
 271     PrintBoth("%x to %x - KERNEL HEAP\n", heapAddr, heapEnd - 1);
 272     PrintBoth("%lx to %lx - PAGE LIST\n", pageListAddr, pageListEnd - 1);
 273     PrintBoth("%lx to %x - FREE\n", pageListEnd, vmmMemEnd - 1);
 274
 275 #ifdef RAMDISK_BOOT
 276     /*
 277      * Zheng 08/03/2008
 278      */
 279     PrintBoth("%lx to %x - RAMDISK\n", vmmMemEnd, initrdEnd - 1);
 280
 281     PrintBoth("%lx to %x - GUEST_MEMORY (also free)\n", initrdEnd, endOfMem - 1);
 282 #else
 283     PrintBoth("%lx to %x - GUEST_MEMORY (also free)\n", vmmMemEnd, endOfMem - 1);
 284 #endif
 285 }
 286
 287 /*
 288  * Initialize the .bss section of the kernel executable image.
 289  */
 290 void Init_BSS(void)
 291 {
 292     extern char BSS_START, BSS_END;
 293
 294     /* Fill .bss with zeroes */
 295     memset(&BSS_START, '\0', &BSS_END - &BSS_START);
 296     // screen is not inited yet - PAD
 297     // PrintBoth("BSS Inited, BSS_START=%x, BSS_END=%x\n",BSS_START,BSS_END);
 298 }
 299
 300 /*
 301  * Allocate a page of physical memory.
 302  */
 303 void* Alloc_Page(void)
 304 {
 305     struct Page* page;
 306     void *result = 0;
 307
 308     bool iflag = Begin_Int_Atomic();
 309
 310     /* See if we have a free page */
 311     if (!Is_Page_List_Empty(&s_freeList)) {
 312         /* Remove the first page on the freelist. */
 313         page = Get_Front_Of_Page_List(&s_freeList);
 314         KASSERT((page->flags & PAGE_ALLOCATED) == 0);
 315         Remove_From_Front_Of_Page_List(&s_freeList);
 316
 317         /* Mark page as having been allocated. */
 318         page->flags |= PAGE_ALLOCATED;
 319         g_freePageCount--;
 320         result = (void*) Get_Page_Address(page);
 321     }
 322
 323     End_Int_Atomic(iflag);
 324
 325     return result;
 326 }
 327
 328 /*
 329  * Free a page of physical memory.
 330  */
 331 void Free_Page(void* pageAddr)
 332 {
 333     ulong_t addr = (ulong_t) pageAddr;
 334     struct Page* page;
 335     bool iflag;
 336
 337     iflag = Begin_Int_Atomic();
 338
 339     KASSERT(Is_Page_Multiple(addr));
 340
 341     /* Get the Page object for this page */
 342     page = Get_Page(addr);
 343     KASSERT((page->flags & PAGE_ALLOCATED) != 0);
 344
 345     /* Clear the allocation bit */
 346     page->flags &= ~(PAGE_ALLOCATED);
 347
 348     /* Put the page back on the freelist */
 349     Add_To_Back_Of_Page_List(&s_freeList, page);
 350     g_freePageCount++;
 351
 352     End_Int_Atomic(iflag);
 353 }