git.maemo.org Git - qemu/blob - exec.c

   1 /*
   2  *  virtual page mapping and translated block handling
   3  *
   4  *  Copyright (c) 2003 Fabrice Bellard
   5  *
   6  * This library is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with this library; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  19  */
  20 #include <stdlib.h>
  21 #include <stdio.h>
  22 #include <stdarg.h>
  23 #include <string.h>
  24 #include <errno.h>
  25 #include <unistd.h>
  26 #include <inttypes.h>
  27 #include <sys/mman.h>
  28
  29 #include "cpu-i386.h"
  30
  31 //#define DEBUG_TB_INVALIDATE
  32 #define DEBUG_FLUSH
  33
  34 /* make various TB consistency checks */
  35 //#define DEBUG_TB_CHECK
  36
  37 /* threshold to flush the translated code buffer */
  38 #define CODE_GEN_BUFFER_MAX_SIZE (CODE_GEN_BUFFER_SIZE - CODE_GEN_MAX_SIZE)
  39
  40 #define CODE_GEN_MAX_BLOCKS    (CODE_GEN_BUFFER_SIZE / 64)
  41
  42 TranslationBlock tbs[CODE_GEN_MAX_BLOCKS];
  43 TranslationBlock *tb_hash[CODE_GEN_HASH_SIZE];
  44 int nb_tbs;
  45
  46 uint8_t code_gen_buffer[CODE_GEN_BUFFER_SIZE];
  47 uint8_t *code_gen_ptr;
  48
  49 /* XXX: pack the flags in the low bits of the pointer ? */
  50 typedef struct PageDesc {
  51     unsigned long flags;
  52     TranslationBlock *first_tb;
  53 } PageDesc;
  54
  55 #define L2_BITS 10
  56 #define L1_BITS (32 - L2_BITS - TARGET_PAGE_BITS)
  57
  58 #define L1_SIZE (1 << L1_BITS)
  59 #define L2_SIZE (1 << L2_BITS)
  60
  61 static void tb_invalidate_page(unsigned long address);
  62
  63 unsigned long real_host_page_size;
  64 unsigned long host_page_bits;
  65 unsigned long host_page_size;
  66 unsigned long host_page_mask;
  67
  68 static PageDesc *l1_map[L1_SIZE];
  69
  70 void page_init(void)
  71 {
  72     /* NOTE: we can always suppose that host_page_size >=
  73        TARGET_PAGE_SIZE */
  74     real_host_page_size = getpagesize();
  75     if (host_page_size == 0)
  76         host_page_size = real_host_page_size;
  77     if (host_page_size < TARGET_PAGE_SIZE)
  78         host_page_size = TARGET_PAGE_SIZE;
  79     host_page_bits = 0;
  80     while ((1 << host_page_bits) < host_page_size)
  81         host_page_bits++;
  82     host_page_mask = ~(host_page_size - 1);
  83 }
  84
  85 /* dump memory mappings */
  86 void page_dump(FILE *f)
  87 {
  88     unsigned long start, end;
  89     int i, j, prot, prot1;
  90     PageDesc *p;
  91
  92     fprintf(f, "%-8s %-8s %-8s %s\n",
  93             "start", "end", "size", "prot");
  94     start = -1;
  95     end = -1;
  96     prot = 0;
  97     for(i = 0; i <= L1_SIZE; i++) {
  98         if (i < L1_SIZE)
  99             p = l1_map[i];
 100         else
 101             p = NULL;
 102         for(j = 0;j < L2_SIZE; j++) {
 103             if (!p)
 104                 prot1 = 0;
 105             else
 106                 prot1 = p[j].flags;
 107             if (prot1 != prot) {
 108                 end = (i << (32 - L1_BITS)) | (j << TARGET_PAGE_BITS);
 109                 if (start != -1) {
 110                     fprintf(f, "%08lx-%08lx %08lx %c%c%c\n",
 111                             start, end, end - start,
 112                             prot & PAGE_READ ? 'r' : '-',
 113                             prot & PAGE_WRITE ? 'w' : '-',
 114                             prot & PAGE_EXEC ? 'x' : '-');
 115                 }
 116                 if (prot1 != 0)
 117                     start = end;
 118                 else
 119                     start = -1;
 120                 prot = prot1;
 121             }
 122             if (!p)
 123                 break;
 124         }
 125     }
 126 }
 127
 128 static inline PageDesc *page_find_alloc(unsigned int index)
 129 {
 130     PageDesc **lp, *p;
 131
 132     lp = &l1_map[index >> L2_BITS];
 133     p = *lp;
 134     if (!p) {
 135         /* allocate if not found */
 136         p = malloc(sizeof(PageDesc) * L2_SIZE);
 137         memset(p, 0, sizeof(PageDesc) * L2_SIZE);
 138         *lp = p;
 139     }
 140     return p + (index & (L2_SIZE - 1));
 141 }
 142
 143 static inline PageDesc *page_find(unsigned int index)
 144 {
 145     PageDesc *p;
 146
 147     p = l1_map[index >> L2_BITS];
 148     if (!p)
 149         return 0;
 150     return p + (index & (L2_SIZE - 1));
 151 }
 152
 153 int page_get_flags(unsigned long address)
 154 {
 155     PageDesc *p;
 156
 157     p = page_find(address >> TARGET_PAGE_BITS);
 158     if (!p)
 159         return 0;
 160     return p->flags;
 161 }
 162
 163 /* modify the flags of a page and invalidate the code if
 164    necessary. The flag PAGE_WRITE_ORG is positionned automatically
 165    depending on PAGE_WRITE */
 166 void page_set_flags(unsigned long start, unsigned long end, int flags)
 167 {
 168     PageDesc *p;
 169     unsigned long addr;
 170
 171     start = start & TARGET_PAGE_MASK;
 172     end = TARGET_PAGE_ALIGN(end);
 173     if (flags & PAGE_WRITE)
 174         flags |= PAGE_WRITE_ORG;
 175     for(addr = start; addr < end; addr += TARGET_PAGE_SIZE) {
 176         p = page_find_alloc(addr >> TARGET_PAGE_BITS);
 177         /* if the write protection is set, then we invalidate the code
 178            inside */
 179         if (!(p->flags & PAGE_WRITE) &&
 180             (flags & PAGE_WRITE) &&
 181             p->first_tb) {
 182             tb_invalidate_page(addr);
 183         }
 184         p->flags = flags;
 185     }
 186 }
 187
 188 void cpu_x86_tblocks_init(void)
 189 {
 190     if (!code_gen_ptr) {
 191         code_gen_ptr = code_gen_buffer;
 192     }
 193 }
 194
 195 /* set to NULL all the 'first_tb' fields in all PageDescs */
 196 static void page_flush_tb(void)
 197 {
 198     int i, j;
 199     PageDesc *p;
 200
 201     for(i = 0; i < L1_SIZE; i++) {
 202         p = l1_map[i];
 203         if (p) {
 204             for(j = 0; j < L2_SIZE; j++)
 205                 p[j].first_tb = NULL;
 206         }
 207     }
 208 }
 209
 210 /* flush all the translation blocks */
 211 void tb_flush(void)
 212 {
 213     int i;
 214 #ifdef DEBUG_FLUSH
 215     printf("qemu: flush code_size=%d nb_tbs=%d avg_tb_size=%d\n",
 216            code_gen_ptr - code_gen_buffer,
 217            nb_tbs,
 218            (code_gen_ptr - code_gen_buffer) / nb_tbs);
 219 #endif
 220     nb_tbs = 0;
 221     for(i = 0;i < CODE_GEN_HASH_SIZE; i++)
 222         tb_hash[i] = NULL;
 223     page_flush_tb();
 224     code_gen_ptr = code_gen_buffer;
 225     /* XXX: flush processor icache at this point */
 226 }
 227
 228 #ifdef DEBUG_TB_CHECK
 229
 230 static void tb_invalidate_check(unsigned long address)
 231 {
 232     TranslationBlock *tb;
 233     int i;
 234     address &= TARGET_PAGE_MASK;
 235     for(i = 0;i < CODE_GEN_HASH_SIZE; i++) {
 236         for(tb = tb_hash[i]; tb != NULL; tb = tb->hash_next) {
 237             if (!(address + TARGET_PAGE_SIZE <= tb->pc ||
 238                   address >= tb->pc + tb->size)) {
 239                 printf("ERROR invalidate: address=%08lx PC=%08lx size=%04x\n",
 240                        address, tb->pc, tb->size);
 241             }
 242         }
 243     }
 244 }
 245
 246 /* verify that all the pages have correct rights for code */
 247 static void tb_page_check(void)
 248 {
 249     TranslationBlock *tb;
 250     int i, flags1, flags2;
 251
 252     for(i = 0;i < CODE_GEN_HASH_SIZE; i++) {
 253         for(tb = tb_hash[i]; tb != NULL; tb = tb->hash_next) {
 254             flags1 = page_get_flags(tb->pc);
 255             flags2 = page_get_flags(tb->pc + tb->size - 1);
 256             if ((flags1 & PAGE_WRITE) || (flags2 & PAGE_WRITE)) {
 257                 printf("ERROR page flags: PC=%08lx size=%04x f1=%x f2=%x\n",
 258                        tb->pc, tb->size, flags1, flags2);
 259             }
 260         }
 261     }
 262 }
 263
 264 #endif
 265
 266 /* invalidate one TB */
 267 static inline void tb_remove(TranslationBlock **ptb, TranslationBlock *tb,
 268                              int next_offset)
 269 {
 270     TranslationBlock *tb1;
 271     for(;;) {
 272         tb1 = *ptb;
 273         if (tb1 == tb) {
 274             *ptb = *(TranslationBlock **)((char *)tb1 + next_offset);
 275             break;
 276         }
 277         ptb = (TranslationBlock **)((char *)tb1 + next_offset);
 278     }
 279 }
 280
 281 static inline void tb_invalidate(TranslationBlock *tb, int parity)
 282 {
 283     PageDesc *p;
 284     unsigned int page_index1, page_index2;
 285     unsigned int h;
 286
 287     /* remove the TB from the hash list */
 288     h = tb_hash_func(tb->pc);
 289     tb_remove(&tb_hash[h], tb,
 290               offsetof(TranslationBlock, hash_next));
 291     /* remove the TB from the page list */
 292     page_index1 = tb->pc >> TARGET_PAGE_BITS;
 293     if ((page_index1 & 1) == parity) {
 294         p = page_find(page_index1);
 295         tb_remove(&p->first_tb, tb,
 296                   offsetof(TranslationBlock, page_next[page_index1 & 1]));
 297     }
 298     page_index2 = (tb->pc + tb->size - 1) >> TARGET_PAGE_BITS;
 299     if ((page_index2 & 1) == parity) {
 300         p = page_find(page_index2);
 301         tb_remove(&p->first_tb, tb,
 302                   offsetof(TranslationBlock, page_next[page_index2 & 1]));
 303     }
 304 }
 305
 306 /* invalidate all TBs which intersect with the target page starting at addr */
 307 static void tb_invalidate_page(unsigned long address)
 308 {
 309     TranslationBlock *tb_next, *tb;
 310     unsigned int page_index;
 311     int parity1, parity2;
 312     PageDesc *p;
 313 #ifdef DEBUG_TB_INVALIDATE
 314     printf("tb_invalidate_page: %lx\n", address);
 315 #endif
 316
 317     page_index = address >> TARGET_PAGE_BITS;
 318     p = page_find(page_index);
 319     if (!p)
 320         return;
 321     tb = p->first_tb;
 322     parity1 = page_index & 1;
 323     parity2 = parity1 ^ 1;
 324     while (tb != NULL) {
 325         tb_next = tb->page_next[parity1];
 326         tb_invalidate(tb, parity2);
 327         tb = tb_next;
 328     }
 329     p->first_tb = NULL;
 330 }
 331
 332 /* add the tb in the target page and protect it if necessary */
 333 static inline void tb_alloc_page(TranslationBlock *tb, unsigned int page_index)
 334 {
 335     PageDesc *p;
 336     unsigned long host_start, host_end, addr, page_addr;
 337     int prot;
 338
 339     p = page_find_alloc(page_index);
 340     tb->page_next[page_index & 1] = p->first_tb;
 341     p->first_tb = tb;
 342     if (p->flags & PAGE_WRITE) {
 343         /* force the host page as non writable (writes will have a
 344            page fault + mprotect overhead) */
 345         page_addr = (page_index << TARGET_PAGE_BITS);
 346         host_start = page_addr & host_page_mask;
 347         host_end = host_start + host_page_size;
 348         prot = 0;
 349         for(addr = host_start; addr < host_end; addr += TARGET_PAGE_SIZE)
 350             prot |= page_get_flags(addr);
 351         mprotect((void *)host_start, host_page_size,
 352                  (prot & PAGE_BITS) & ~PAGE_WRITE);
 353 #ifdef DEBUG_TB_INVALIDATE
 354         printf("protecting code page: 0x%08lx\n",
 355                host_start);
 356 #endif
 357         p->flags &= ~PAGE_WRITE;
 358 #ifdef DEBUG_TB_CHECK
 359         tb_page_check();
 360 #endif
 361     }
 362 }
 363
 364 /* Allocate a new translation block. Flush the translation buffer if
 365    too many translation blocks or too much generated code. */
 366 TranslationBlock *tb_alloc(unsigned long pc,
 367                            unsigned long size)
 368 {
 369     TranslationBlock *tb;
 370     unsigned int page_index1, page_index2;
 371
 372     if (nb_tbs >= CODE_GEN_MAX_BLOCKS ||
 373         (code_gen_ptr - code_gen_buffer) >= CODE_GEN_BUFFER_MAX_SIZE)
 374         tb_flush();
 375     tb = &tbs[nb_tbs++];
 376     tb->pc = pc;
 377     tb->size = size;
 378
 379     /* add in the page list */
 380     page_index1 = pc >> TARGET_PAGE_BITS;
 381     tb_alloc_page(tb, page_index1);
 382     page_index2 = (pc + size - 1) >> TARGET_PAGE_BITS;
 383     if (page_index2 != page_index1) {
 384         tb_alloc_page(tb, page_index2);
 385     }
 386     return tb;
 387 }
 388
 389 /* called from signal handler: invalidate the code and unprotect the
 390    page. Return TRUE if the fault was succesfully handled. */
 391 int page_unprotect(unsigned long address)
 392 {
 393     unsigned int page_index, prot;
 394     PageDesc *p;
 395     unsigned long host_start, host_end, addr;
 396
 397     page_index = address >> TARGET_PAGE_BITS;
 398     p = page_find(page_index);
 399     if (!p)
 400         return 0;
 401     if ((p->flags & (PAGE_WRITE_ORG | PAGE_WRITE)) == PAGE_WRITE_ORG) {
 402         /* if the page was really writable, then we change its
 403            protection back to writable */
 404         host_start = address & host_page_mask;
 405         host_end = host_start + host_page_size;
 406         prot = 0;
 407         for(addr = host_start; addr < host_end; addr += TARGET_PAGE_SIZE)
 408             prot |= page_get_flags(addr);
 409         mprotect((void *)host_start, host_page_size,
 410                  (prot & PAGE_BITS) | PAGE_WRITE);
 411         p->flags |= PAGE_WRITE;
 412
 413         /* and since the content will be modified, we must invalidate
 414            the corresponding translated code. */
 415         tb_invalidate_page(address);
 416 #ifdef DEBUG_TB_CHECK
 417         tb_invalidate_check(address);
 418 #endif
 419         return 1;
 420     } else {
 421         return 0;
 422     }
 423 }
 424
 425 /* call this function when system calls directly modify a memory area */
 426 void page_unprotect_range(uint8_t *data, unsigned long data_size)
 427 {
 428     unsigned long start, end, addr;
 429
 430     start = (unsigned long)data;
 431     end = start + data_size;
 432     start &= TARGET_PAGE_MASK;
 433     end = TARGET_PAGE_ALIGN(end);
 434     for(addr = start; addr < end; addr += TARGET_PAGE_SIZE) {
 435         page_unprotect(addr);
 436     }
 437 }