xref: /DragonOS/kernel/src/arch/x86_64/mm/mod.rs (revision db7c782a9aaacb320027167bda4f23751b8f36e1)
1d4f3de93Slogin pub mod barrier;
299dbf38dSLoGin pub mod bump;
3a17651b1SMemoryShore pub mod fault;
4a17651b1SMemoryShore pub mod pkru;
540fe15e0SLoGin 
6a17651b1SMemoryShore use alloc::sync::Arc;
740fe15e0SLoGin use alloc::vec::Vec;
840fe15e0SLoGin use hashbrown::HashSet;
92b7818e8SLoGin use log::{debug, info};
1040fe15e0SLoGin use x86::time::rdtsc;
1140fe15e0SLoGin use x86_64::registers::model_specific::EferFlags;
1240fe15e0SLoGin 
1352da9a59SGnoCiYeH use crate::driver::serial::serial8250::send_to_default_serial8250_port;
142b7818e8SLoGin 
152b7818e8SLoGin use crate::init::boot::boot_callbacks;
1640fe15e0SLoGin use crate::libs::align::page_align_up;
17abe3a6eaShanjiezhou use crate::libs::lib_ui::screen_manager::scm_disable_put_to_window;
1840fe15e0SLoGin use crate::libs::spinlock::SpinLock;
1940fe15e0SLoGin 
2034e6d6c8Syuyi2439 use crate::mm::allocator::page_frame::{FrameAllocator, PageFrameCount, PageFrameUsage};
2145626c85SLoGin use crate::mm::memblock::mem_block_manager;
22a17651b1SMemoryShore use crate::mm::ucontext::LockedVMA;
2340fe15e0SLoGin use crate::{
2440fe15e0SLoGin     arch::MMArch,
2540fe15e0SLoGin     mm::allocator::{buddy::BuddyAllocator, bump::BumpAllocator},
2640fe15e0SLoGin };
2740fe15e0SLoGin 
2840fe15e0SLoGin use crate::mm::kernel_mapper::KernelMapper;
29cf7f801eSMemoryShore use crate::mm::page::{EntryFlags, PageEntry, PAGE_1G_SHIFT};
30cf7f801eSMemoryShore use crate::mm::{MemoryManagementArch, PageTableKind, PhysAddr, VirtAddr, VmFlags};
312eab6dd7S曾俊 
3291e9d4abSLoGin use system_error::SystemError;
33d4f3de93Slogin 
34d4f3de93Slogin use core::arch::asm;
35453452ccSLoGin use core::fmt::Debug;
36d4f3de93Slogin 
3740fe15e0SLoGin use core::sync::atomic::{compiler_fence, AtomicBool, Ordering};
38d4f3de93Slogin 
3940314b30SXiaoye Zheng use super::kvm::vmx::vmcs::VmcsFields;
4040314b30SXiaoye Zheng use super::kvm::vmx::vmx_asm_wrapper::vmx_vmread;
4140314b30SXiaoye Zheng 
4240fe15e0SLoGin pub type PageMapper =
4340fe15e0SLoGin     crate::mm::page::PageMapper<crate::arch::x86_64::mm::X86_64MMArch, LockedFrameAllocator>;
4440fe15e0SLoGin 
4540fe15e0SLoGin /// 初始的CR3寄存器的值,用于内存管理初始化时,创建的第一个内核页表的位置
4640fe15e0SLoGin static mut INITIAL_CR3_VALUE: PhysAddr = PhysAddr::new(0);
4740fe15e0SLoGin 
4840fe15e0SLoGin static INNER_ALLOCATOR: SpinLock<Option<BuddyAllocator<MMArch>>> = SpinLock::new(None);
4940fe15e0SLoGin 
5099dbf38dSLoGin #[derive(Clone, Copy, Debug)]
5140fe15e0SLoGin pub struct X86_64MMBootstrapInfo {
5299dbf38dSLoGin     kernel_load_base_paddr: usize,
5340fe15e0SLoGin     kernel_code_start: usize,
5440fe15e0SLoGin     kernel_code_end: usize,
5540fe15e0SLoGin     kernel_data_end: usize,
5640fe15e0SLoGin     kernel_rodata_end: usize,
5740fe15e0SLoGin     start_brk: usize,
5840fe15e0SLoGin }
5940fe15e0SLoGin 
6099dbf38dSLoGin pub(super) static mut BOOTSTRAP_MM_INFO: Option<X86_64MMBootstrapInfo> = None;
6140fe15e0SLoGin 
x86_64_set_kernel_load_base_paddr(paddr: PhysAddr)622b7818e8SLoGin pub(super) fn x86_64_set_kernel_load_base_paddr(paddr: PhysAddr) {
632b7818e8SLoGin     unsafe {
642b7818e8SLoGin         BOOTSTRAP_MM_INFO.as_mut().unwrap().kernel_load_base_paddr = paddr.data();
652b7818e8SLoGin     }
662b7818e8SLoGin }
672b7818e8SLoGin 
6840fe15e0SLoGin /// @brief X86_64的内存管理架构结构体
6940fe15e0SLoGin #[derive(Debug, Clone, Copy, Hash)]
7040fe15e0SLoGin pub struct X86_64MMArch;
7140fe15e0SLoGin 
7240fe15e0SLoGin /// XD标志位是否被保留
7340fe15e0SLoGin static XD_RESERVED: AtomicBool = AtomicBool::new(false);
7440fe15e0SLoGin 
7540fe15e0SLoGin impl MemoryManagementArch for X86_64MMArch {
76a17651b1SMemoryShore     /// X86目前支持缺页中断
77a17651b1SMemoryShore     const PAGE_FAULT_ENABLED: bool = true;
7840fe15e0SLoGin     /// 4K页
7940fe15e0SLoGin     const PAGE_SHIFT: usize = 12;
8040fe15e0SLoGin 
8140fe15e0SLoGin     /// 每个页表项占8字节,总共有512个页表项
8240fe15e0SLoGin     const PAGE_ENTRY_SHIFT: usize = 9;
8340fe15e0SLoGin 
8440fe15e0SLoGin     /// 四级页表(PML4T、PDPT、PDT、PT)
8540fe15e0SLoGin     const PAGE_LEVELS: usize = 4;
8640fe15e0SLoGin 
8740fe15e0SLoGin     /// 页表项的有效位的index。在x86_64中,页表项的第[0, 47]位表示地址和flag,
8840fe15e0SLoGin     /// 第[48, 51]位表示保留。因此,有效位的index为52。
8940fe15e0SLoGin     /// 请注意,第63位是XD位,表示是否允许执行。
9040fe15e0SLoGin     const ENTRY_ADDRESS_SHIFT: usize = 52;
9140fe15e0SLoGin 
9240fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_DEFAULT_PAGE: usize = Self::ENTRY_FLAG_PRESENT;
9340fe15e0SLoGin 
9440fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE: usize = Self::ENTRY_FLAG_PRESENT;
9540fe15e0SLoGin 
9640fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_PRESENT: usize = 1 << 0;
9740fe15e0SLoGin 
9840fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_READONLY: usize = 0;
9940fe15e0SLoGin 
100471d65cfSLoGin     const ENTRY_FLAG_WRITEABLE: usize = 1 << 1;
10140fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_READWRITE: usize = 1 << 1;
10240fe15e0SLoGin 
10340fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_USER: usize = 1 << 2;
10440fe15e0SLoGin 
10540fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH: usize = 1 << 3;
10640fe15e0SLoGin 
10740fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE: usize = 1 << 4;
10840fe15e0SLoGin 
10940fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_NO_EXEC: usize = 1 << 63;
11040fe15e0SLoGin     /// x86_64不存在EXEC标志位,只有NO_EXEC(XD)标志位
11140fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_EXEC: usize = 0;
11240fe15e0SLoGin 
113a17651b1SMemoryShore     const ENTRY_FLAG_ACCESSED: usize = 1 << 5;
114a17651b1SMemoryShore     const ENTRY_FLAG_DIRTY: usize = 1 << 6;
115a17651b1SMemoryShore     const ENTRY_FLAG_HUGE_PAGE: usize = 1 << 7;
116a17651b1SMemoryShore     const ENTRY_FLAG_GLOBAL: usize = 1 << 8;
11792849878SLoGin 
11840fe15e0SLoGin     /// 物理地址与虚拟地址的偏移量
11940fe15e0SLoGin     /// 0xffff_8000_0000_0000
12040fe15e0SLoGin     const PHYS_OFFSET: usize = Self::PAGE_NEGATIVE_MASK + (Self::PAGE_ADDRESS_SIZE >> 1);
121453452ccSLoGin     const KERNEL_LINK_OFFSET: usize = 0x100000;
12240fe15e0SLoGin 
1235d549a76SChiichen     // 参考 https://code.dragonos.org.cn/xref/linux-6.1.9/arch/x86/include/asm/page_64_types.h#75
1245d549a76SChiichen     const USER_END_VADDR: VirtAddr =
1255d549a76SChiichen         VirtAddr::new((Self::PAGE_ADDRESS_SIZE >> 1) - Self::PAGE_SIZE);
12640fe15e0SLoGin     const USER_BRK_START: VirtAddr = VirtAddr::new(0x700000000000);
12740fe15e0SLoGin     const USER_STACK_START: VirtAddr = VirtAddr::new(0x6ffff0a00000);
12840fe15e0SLoGin 
12974ffde66SLoGin     const FIXMAP_START_VADDR: VirtAddr = VirtAddr::new(0xffffb00000000000);
1302b7818e8SLoGin     /// 设置FIXMAP区域大小为16M
1312b7818e8SLoGin     const FIXMAP_SIZE: usize = 256 * 4096 * 16;
13274ffde66SLoGin 
13323ef2b33SLoGin     const MMIO_BASE: VirtAddr = VirtAddr::new(0xffffa10000000000);
13423ef2b33SLoGin     const MMIO_SIZE: usize = 1 << PAGE_1G_SHIFT;
13523ef2b33SLoGin 
13640fe15e0SLoGin     /// @brief 获取物理内存区域
init()13745626c85SLoGin     unsafe fn init() {
13840fe15e0SLoGin         extern "C" {
13940fe15e0SLoGin             fn _text();
14040fe15e0SLoGin             fn _etext();
14140fe15e0SLoGin             fn _edata();
14240fe15e0SLoGin             fn _erodata();
14340fe15e0SLoGin             fn _end();
144*db7c782aSLoGin             fn _default_kernel_load_base();
14540fe15e0SLoGin         }
14640fe15e0SLoGin 
14740fe15e0SLoGin         Self::init_xd_rsvd();
14840fe15e0SLoGin 
14940fe15e0SLoGin         let bootstrap_info = X86_64MMBootstrapInfo {
150*db7c782aSLoGin             kernel_load_base_paddr: _default_kernel_load_base as usize,
15140fe15e0SLoGin             kernel_code_start: _text as usize,
15240fe15e0SLoGin             kernel_code_end: _etext as usize,
15340fe15e0SLoGin             kernel_data_end: _edata as usize,
15440fe15e0SLoGin             kernel_rodata_end: _erodata as usize,
15540fe15e0SLoGin             start_brk: _end as usize,
15640fe15e0SLoGin         };
15799dbf38dSLoGin 
15840fe15e0SLoGin         unsafe {
15940fe15e0SLoGin             BOOTSTRAP_MM_INFO = Some(bootstrap_info);
16040fe15e0SLoGin         }
16140fe15e0SLoGin 
1622b7818e8SLoGin         // 初始化物理内存区域
1632b7818e8SLoGin         boot_callbacks()
1642b7818e8SLoGin             .early_init_memory_blocks()
1652b7818e8SLoGin             .expect("init memory area failed");
16699dbf38dSLoGin 
1672eab6dd7S曾俊         debug!("bootstrap info: {:?}", unsafe { BOOTSTRAP_MM_INFO });
1682eab6dd7S曾俊         debug!("phys[0]=virt[0x{:x}]", unsafe {
169453452ccSLoGin             MMArch::phys_2_virt(PhysAddr::new(0)).unwrap().data()
170453452ccSLoGin         });
171453452ccSLoGin 
172453452ccSLoGin         // 初始化内存管理器
173453452ccSLoGin         unsafe { allocator_init() };
1748cb2e9b3SLoGin 
1752b7818e8SLoGin         send_to_default_serial8250_port("x86 64 mm init done\n\0".as_bytes());
17640fe15e0SLoGin     }
17740fe15e0SLoGin 
17840fe15e0SLoGin     /// @brief 刷新TLB中,关于指定虚拟地址的条目
invalidate_page(address: VirtAddr)17940fe15e0SLoGin     unsafe fn invalidate_page(address: VirtAddr) {
18040fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
18140fe15e0SLoGin         asm!("invlpg [{0}]", in(reg) address.data(), options(nostack, preserves_flags));
18240fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
18340fe15e0SLoGin     }
18440fe15e0SLoGin 
18540fe15e0SLoGin     /// @brief 刷新TLB中,所有的条目
invalidate_all()18640fe15e0SLoGin     unsafe fn invalidate_all() {
18740fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
18840fe15e0SLoGin         // 通过设置cr3寄存器,来刷新整个TLB
18940fe15e0SLoGin         Self::set_table(PageTableKind::User, Self::table(PageTableKind::User));
19040fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
19140fe15e0SLoGin     }
19240fe15e0SLoGin 
19340fe15e0SLoGin     /// @brief 获取顶级页表的物理地址
table(table_kind: PageTableKind) -> PhysAddr19440314b30SXiaoye Zheng     unsafe fn table(table_kind: PageTableKind) -> PhysAddr {
19540314b30SXiaoye Zheng         match table_kind {
19640314b30SXiaoye Zheng             PageTableKind::Kernel | PageTableKind::User => {
19740fe15e0SLoGin                 compiler_fence(Ordering::SeqCst);
1988cb2e9b3SLoGin                 let cr3 = x86::controlregs::cr3() as usize;
19940fe15e0SLoGin                 compiler_fence(Ordering::SeqCst);
2008cb2e9b3SLoGin                 return PhysAddr::new(cr3);
20140fe15e0SLoGin             }
20240314b30SXiaoye Zheng             PageTableKind::EPT => {
20340314b30SXiaoye Zheng                 let eptp =
20440314b30SXiaoye Zheng                     vmx_vmread(VmcsFields::CTRL_EPTP_PTR as u32).expect("Failed to read eptp");
20540314b30SXiaoye Zheng                 return PhysAddr::new(eptp as usize);
20640314b30SXiaoye Zheng             }
20740314b30SXiaoye Zheng         }
20840314b30SXiaoye Zheng     }
20940fe15e0SLoGin 
21040fe15e0SLoGin     /// @brief 设置顶级页表的物理地址到处理器中
set_table(_table_kind: PageTableKind, table: PhysAddr)21140fe15e0SLoGin     unsafe fn set_table(_table_kind: PageTableKind, table: PhysAddr) {
21240fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
21340fe15e0SLoGin         asm!("mov cr3, {}", in(reg) table.data(), options(nostack, preserves_flags));
21440fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
21540fe15e0SLoGin     }
21640fe15e0SLoGin 
21740fe15e0SLoGin     /// @brief 判断虚拟地址是否合法
virt_is_valid(virt: VirtAddr) -> bool21840fe15e0SLoGin     fn virt_is_valid(virt: VirtAddr) -> bool {
21940fe15e0SLoGin         return virt.is_canonical();
22040fe15e0SLoGin     }
22140fe15e0SLoGin 
22240fe15e0SLoGin     /// 获取内存管理初始化时,创建的第一个内核页表的地址
initial_page_table() -> PhysAddr22340fe15e0SLoGin     fn initial_page_table() -> PhysAddr {
22440fe15e0SLoGin         unsafe {
22540fe15e0SLoGin             return INITIAL_CR3_VALUE;
22640fe15e0SLoGin         }
22740fe15e0SLoGin     }
22840fe15e0SLoGin 
22940fe15e0SLoGin     /// @brief 创建新的顶层页表
230d4f3de93Slogin     ///
23140fe15e0SLoGin     /// 该函数会创建页表并复制内核的映射到新的页表中
232d4f3de93Slogin     ///
23340fe15e0SLoGin     /// @return 新的页表
setup_new_usermapper() -> Result<crate::mm::ucontext::UserMapper, SystemError>23440fe15e0SLoGin     fn setup_new_usermapper() -> Result<crate::mm::ucontext::UserMapper, SystemError> {
23540fe15e0SLoGin         let new_umapper: crate::mm::page::PageMapper<X86_64MMArch, LockedFrameAllocator> = unsafe {
23640fe15e0SLoGin             PageMapper::create(PageTableKind::User, LockedFrameAllocator)
23740fe15e0SLoGin                 .ok_or(SystemError::ENOMEM)?
23840fe15e0SLoGin         };
23940fe15e0SLoGin 
24040fe15e0SLoGin         let current_ktable: KernelMapper = KernelMapper::lock();
24140fe15e0SLoGin         let copy_mapping = |pml4_entry_no| unsafe {
24240fe15e0SLoGin             let entry: PageEntry<X86_64MMArch> = current_ktable
24340fe15e0SLoGin                 .table()
24440fe15e0SLoGin                 .entry(pml4_entry_no)
24540fe15e0SLoGin                 .unwrap_or_else(|| panic!("entry {} not found", pml4_entry_no));
24640fe15e0SLoGin             new_umapper.table().set_entry(pml4_entry_no, entry)
24740fe15e0SLoGin         };
24840fe15e0SLoGin 
24940fe15e0SLoGin         // 复制内核的映射
250a17651b1SMemoryShore         for pml4_entry_no in MMArch::PAGE_KERNEL_INDEX..MMArch::PAGE_ENTRY_NUM {
25140fe15e0SLoGin             copy_mapping(pml4_entry_no);
25240fe15e0SLoGin         }
25340fe15e0SLoGin 
25440fe15e0SLoGin         return Ok(crate::mm::ucontext::UserMapper::new(new_umapper));
25540fe15e0SLoGin     }
2564fda81ceSLoGin 
2574fda81ceSLoGin     const PAGE_SIZE: usize = 1 << Self::PAGE_SHIFT;
2584fda81ceSLoGin 
2594fda81ceSLoGin     const PAGE_OFFSET_MASK: usize = Self::PAGE_SIZE - 1;
2604fda81ceSLoGin 
2614fda81ceSLoGin     const PAGE_MASK: usize = !(Self::PAGE_OFFSET_MASK);
2624fda81ceSLoGin 
2634fda81ceSLoGin     const PAGE_ADDRESS_SHIFT: usize = Self::PAGE_LEVELS * Self::PAGE_ENTRY_SHIFT + Self::PAGE_SHIFT;
2644fda81ceSLoGin 
2654fda81ceSLoGin     const PAGE_ADDRESS_SIZE: usize = 1 << Self::PAGE_ADDRESS_SHIFT;
2664fda81ceSLoGin 
2674fda81ceSLoGin     const PAGE_ADDRESS_MASK: usize = Self::PAGE_ADDRESS_SIZE - Self::PAGE_SIZE;
2684fda81ceSLoGin 
2694fda81ceSLoGin     const PAGE_ENTRY_SIZE: usize = 1 << (Self::PAGE_SHIFT - Self::PAGE_ENTRY_SHIFT);
2704fda81ceSLoGin 
2714fda81ceSLoGin     const PAGE_ENTRY_NUM: usize = 1 << Self::PAGE_ENTRY_SHIFT;
2724fda81ceSLoGin 
2734fda81ceSLoGin     const PAGE_ENTRY_MASK: usize = Self::PAGE_ENTRY_NUM - 1;
2744fda81ceSLoGin 
275a17651b1SMemoryShore     const PAGE_KERNEL_INDEX: usize = (Self::PHYS_OFFSET & Self::PAGE_ADDRESS_MASK)
276a17651b1SMemoryShore         >> (Self::PAGE_ADDRESS_SHIFT - Self::PAGE_ENTRY_SHIFT);
277a17651b1SMemoryShore 
2784fda81ceSLoGin     const PAGE_NEGATIVE_MASK: usize = !((Self::PAGE_ADDRESS_SIZE) - 1);
2794fda81ceSLoGin 
2804fda81ceSLoGin     const ENTRY_ADDRESS_SIZE: usize = 1 << Self::ENTRY_ADDRESS_SHIFT;
2814fda81ceSLoGin 
2824fda81ceSLoGin     const ENTRY_ADDRESS_MASK: usize = Self::ENTRY_ADDRESS_SIZE - Self::PAGE_SIZE;
2834fda81ceSLoGin 
2844fda81ceSLoGin     const ENTRY_FLAGS_MASK: usize = !Self::ENTRY_ADDRESS_MASK;
2854fda81ceSLoGin 
read<T>(address: VirtAddr) -> T2864fda81ceSLoGin     unsafe fn read<T>(address: VirtAddr) -> T {
2874fda81ceSLoGin         return core::ptr::read(address.data() as *const T);
2884fda81ceSLoGin     }
2894fda81ceSLoGin 
write<T>(address: VirtAddr, value: T)2904fda81ceSLoGin     unsafe fn write<T>(address: VirtAddr, value: T) {
2914fda81ceSLoGin         core::ptr::write(address.data() as *mut T, value);
2924fda81ceSLoGin     }
2934fda81ceSLoGin 
write_bytes(address: VirtAddr, value: u8, count: usize)2944fda81ceSLoGin     unsafe fn write_bytes(address: VirtAddr, value: u8, count: usize) {
2954fda81ceSLoGin         core::ptr::write_bytes(address.data() as *mut u8, value, count);
2964fda81ceSLoGin     }
2974fda81ceSLoGin 
phys_2_virt(phys: PhysAddr) -> Option<VirtAddr>2984fda81ceSLoGin     unsafe fn phys_2_virt(phys: PhysAddr) -> Option<VirtAddr> {
2994fda81ceSLoGin         if let Some(vaddr) = phys.data().checked_add(Self::PHYS_OFFSET) {
3004fda81ceSLoGin             return Some(VirtAddr::new(vaddr));
3014fda81ceSLoGin         } else {
3024fda81ceSLoGin             return None;
3034fda81ceSLoGin         }
3044fda81ceSLoGin     }
3054fda81ceSLoGin 
virt_2_phys(virt: VirtAddr) -> Option<PhysAddr>3064fda81ceSLoGin     unsafe fn virt_2_phys(virt: VirtAddr) -> Option<PhysAddr> {
3074fda81ceSLoGin         if let Some(paddr) = virt.data().checked_sub(Self::PHYS_OFFSET) {
3084fda81ceSLoGin             return Some(PhysAddr::new(paddr));
3094fda81ceSLoGin         } else {
3104fda81ceSLoGin             return None;
3114fda81ceSLoGin         }
3124fda81ceSLoGin     }
3137a29d4fcSLoGin 
3147a29d4fcSLoGin     #[inline(always)]
make_entry(paddr: PhysAddr, page_flags: usize) -> usize3157a29d4fcSLoGin     fn make_entry(paddr: PhysAddr, page_flags: usize) -> usize {
3167a29d4fcSLoGin         return paddr.data() | page_flags;
3177a29d4fcSLoGin     }
318a17651b1SMemoryShore 
vma_access_permitted( vma: Arc<LockedVMA>, write: bool, execute: bool, foreign: bool, ) -> bool319a17651b1SMemoryShore     fn vma_access_permitted(
320a17651b1SMemoryShore         vma: Arc<LockedVMA>,
321a17651b1SMemoryShore         write: bool,
322a17651b1SMemoryShore         execute: bool,
323a17651b1SMemoryShore         foreign: bool,
324a17651b1SMemoryShore     ) -> bool {
325a17651b1SMemoryShore         if execute {
326a17651b1SMemoryShore             return true;
327a17651b1SMemoryShore         }
328a17651b1SMemoryShore         if foreign | vma.is_foreign() {
329a17651b1SMemoryShore             return true;
330a17651b1SMemoryShore         }
331a17651b1SMemoryShore         pkru::pkru_allows_pkey(pkru::vma_pkey(vma), write)
332a17651b1SMemoryShore     }
333cf7f801eSMemoryShore 
334cf7f801eSMemoryShore     const PROTECTION_MAP: [EntryFlags<MMArch>; 16] = protection_map();
335cf7f801eSMemoryShore 
336cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_NONE: usize =
337cf7f801eSMemoryShore         Self::ENTRY_FLAG_PRESENT | Self::ENTRY_FLAG_ACCESSED | Self::ENTRY_FLAG_GLOBAL;
338cf7f801eSMemoryShore 
339cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_SHARED: usize = Self::ENTRY_FLAG_PRESENT
340cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_READWRITE
341cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_USER
342cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_ACCESSED
343cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_NO_EXEC;
344cf7f801eSMemoryShore 
345cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_SHARED_EXEC: usize = Self::ENTRY_FLAG_PRESENT
346cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_READWRITE
347cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_USER
348cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_ACCESSED;
349cf7f801eSMemoryShore 
350cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_COPY_NOEXEC: usize = Self::ENTRY_FLAG_PRESENT
351cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_USER
352cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_ACCESSED
353cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_NO_EXEC;
354cf7f801eSMemoryShore 
355cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_COPY_EXEC: usize =
356cf7f801eSMemoryShore         Self::ENTRY_FLAG_PRESENT | Self::ENTRY_FLAG_USER | Self::ENTRY_FLAG_ACCESSED;
357cf7f801eSMemoryShore 
358cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_COPY: usize = Self::ENTRY_FLAG_PRESENT
359cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_USER
360cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_ACCESSED
361cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_NO_EXEC;
362cf7f801eSMemoryShore 
363cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_READONLY: usize = Self::ENTRY_FLAG_PRESENT
364cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_USER
365cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_ACCESSED
366cf7f801eSMemoryShore         | Self::ENTRY_FLAG_NO_EXEC;
367cf7f801eSMemoryShore 
368cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_READONLY_EXEC: usize =
369cf7f801eSMemoryShore         Self::ENTRY_FLAG_PRESENT | Self::ENTRY_FLAG_USER | Self::ENTRY_FLAG_ACCESSED;
370cf7f801eSMemoryShore 
371cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_READ: usize = 0;
372cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_READ_EXEC: usize = 0;
373cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_WRITE: usize = 0;
374cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_WRITE_EXEC: usize = 0;
375cf7f801eSMemoryShore     const PAGE_EXEC: usize = 0;
376cf7f801eSMemoryShore }
377cf7f801eSMemoryShore 
378cf7f801eSMemoryShore /// 获取保护标志的映射表
379cf7f801eSMemoryShore ///
380cf7f801eSMemoryShore ///
381cf7f801eSMemoryShore /// ## 返回值
382cf7f801eSMemoryShore /// - `[usize; 16]`: 长度为16的映射表
protection_map() -> [EntryFlags<MMArch>; 16]383cf7f801eSMemoryShore const fn protection_map() -> [EntryFlags<MMArch>; 16] {
384cf7f801eSMemoryShore     let mut map = [unsafe { EntryFlags::from_data(0) }; 16];
385cf7f801eSMemoryShore     unsafe {
386cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_NONE.bits()] = EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_NONE);
387cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_READ.bits()] = EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_READONLY);
388cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_WRITE.bits()] = EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_COPY);
389cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_WRITE.bits() | VmFlags::VM_READ.bits()] =
390cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_COPY);
391cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_EXEC.bits()] = EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_READONLY_EXEC);
392cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_EXEC.bits() | VmFlags::VM_READ.bits()] =
393cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_READONLY_EXEC);
394cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_EXEC.bits() | VmFlags::VM_WRITE.bits()] =
395cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_COPY_EXEC);
396cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_EXEC.bits() | VmFlags::VM_WRITE.bits() | VmFlags::VM_READ.bits()] =
397cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_COPY_EXEC);
398cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_SHARED.bits()] = EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_NONE);
399cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_SHARED.bits() | VmFlags::VM_READ.bits()] =
400cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_READONLY);
401cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_SHARED.bits() | VmFlags::VM_WRITE.bits()] =
402cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_SHARED);
403cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_SHARED.bits() | VmFlags::VM_WRITE.bits() | VmFlags::VM_READ.bits()] =
404cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_SHARED);
405cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_SHARED.bits() | VmFlags::VM_EXEC.bits()] =
406cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_READONLY_EXEC);
407cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_SHARED.bits() | VmFlags::VM_EXEC.bits() | VmFlags::VM_READ.bits()] =
408cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_READONLY_EXEC);
409cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_SHARED.bits() | VmFlags::VM_EXEC.bits() | VmFlags::VM_WRITE.bits()] =
410cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_SHARED_EXEC);
411cf7f801eSMemoryShore         map[VmFlags::VM_SHARED.bits()
412cf7f801eSMemoryShore             | VmFlags::VM_EXEC.bits()
413cf7f801eSMemoryShore             | VmFlags::VM_WRITE.bits()
414cf7f801eSMemoryShore             | VmFlags::VM_READ.bits()] = EntryFlags::from_data(MMArch::PAGE_SHARED_EXEC);
415cf7f801eSMemoryShore     }
416cf7f801eSMemoryShore     // if X86_64MMArch::is_xd_reserved() {
417cf7f801eSMemoryShore     //     map.iter_mut().for_each(|x| *x &= !Self::ENTRY_FLAG_NO_EXEC)
418cf7f801eSMemoryShore     // }
419cf7f801eSMemoryShore     map
42040fe15e0SLoGin }
42140fe15e0SLoGin 
42240fe15e0SLoGin impl X86_64MMArch {
init_xd_rsvd()42340fe15e0SLoGin     fn init_xd_rsvd() {
42440fe15e0SLoGin         // 读取ia32-EFER寄存器的值
42540fe15e0SLoGin         let efer: EferFlags = x86_64::registers::model_specific::Efer::read();
42640fe15e0SLoGin         if !efer.contains(EferFlags::NO_EXECUTE_ENABLE) {
42740fe15e0SLoGin             // NO_EXECUTE_ENABLE是false,那么就设置xd_reserved为true
4282eab6dd7S曾俊             debug!("NO_EXECUTE_ENABLE is false, set XD_RESERVED to true");
42940fe15e0SLoGin             XD_RESERVED.store(true, Ordering::Relaxed);
43040fe15e0SLoGin         }
43140fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
43240fe15e0SLoGin     }
43340fe15e0SLoGin 
43440fe15e0SLoGin     /// 判断XD标志位是否被保留
is_xd_reserved() -> bool43540fe15e0SLoGin     pub fn is_xd_reserved() -> bool {
43699dbf38dSLoGin         // return XD_RESERVED.load(Ordering::Relaxed);
43799dbf38dSLoGin 
43899dbf38dSLoGin         // 由于暂时不支持execute disable,因此直接返回true
43999dbf38dSLoGin         // 不支持的原因是,目前好像没有能正确的设置page-level的xd位,会触发page fault
44099dbf38dSLoGin         return true;
44140fe15e0SLoGin     }
44240fe15e0SLoGin }
44340fe15e0SLoGin 
44440fe15e0SLoGin impl VirtAddr {
44540fe15e0SLoGin     /// @brief 判断虚拟地址是否合法
446d4f3de93Slogin     #[inline(always)]
is_canonical(self) -> bool44740fe15e0SLoGin     pub fn is_canonical(self) -> bool {
44840fe15e0SLoGin         let x = self.data() & X86_64MMArch::PHYS_OFFSET;
44940fe15e0SLoGin         // 如果x为0,说明虚拟地址的高位为0,是合法的用户地址
45040fe15e0SLoGin         // 如果x为PHYS_OFFSET,说明虚拟地址的高位全为1,是合法的内核地址
45140fe15e0SLoGin         return x == 0 || x == X86_64MMArch::PHYS_OFFSET;
45240fe15e0SLoGin     }
45340fe15e0SLoGin }
45440fe15e0SLoGin 
allocator_init()45540fe15e0SLoGin unsafe fn allocator_init() {
456da152319SLoGin     let virt_offset = VirtAddr::new(page_align_up(BOOTSTRAP_MM_INFO.unwrap().start_brk));
45740fe15e0SLoGin 
458da152319SLoGin     let phy_offset = unsafe { MMArch::virt_2_phys(virt_offset) }.unwrap();
459da152319SLoGin 
460da152319SLoGin     mem_block_manager()
461da152319SLoGin         .reserve_block(PhysAddr::new(0), phy_offset.data())
462da152319SLoGin         .expect("Failed to reserve block");
46345626c85SLoGin     let mut bump_allocator = BumpAllocator::<X86_64MMArch>::new(phy_offset.data());
4642eab6dd7S曾俊     debug!(
46540fe15e0SLoGin         "BumpAllocator created, offset={:?}",
46640fe15e0SLoGin         bump_allocator.offset()
46740fe15e0SLoGin     );
46840fe15e0SLoGin 
46940fe15e0SLoGin     // 暂存初始在head.S中指定的页表的地址,后面再考虑是否需要把它加到buddy的可用空间里面!
47040fe15e0SLoGin     // 现在不加的原因是,我担心会有安全漏洞问题:这些初始的页表,位于内核的数据段。如果归还到buddy,
47140fe15e0SLoGin     // 可能会产生一定的安全风险(有的代码可能根据虚拟地址来进行安全校验)
47240fe15e0SLoGin     let _old_page_table = MMArch::table(PageTableKind::Kernel);
47340fe15e0SLoGin 
47440fe15e0SLoGin     let new_page_table: PhysAddr;
47540fe15e0SLoGin     // 使用bump分配器,把所有的内存页都映射到页表
47640fe15e0SLoGin     {
47740fe15e0SLoGin         // 用bump allocator创建新的页表
47840fe15e0SLoGin         let mut mapper: crate::mm::page::PageMapper<MMArch, &mut BumpAllocator<MMArch>> =
47940fe15e0SLoGin             crate::mm::page::PageMapper::<MMArch, _>::create(
48040fe15e0SLoGin                 PageTableKind::Kernel,
48140fe15e0SLoGin                 &mut bump_allocator,
48240fe15e0SLoGin             )
48340fe15e0SLoGin             .expect("Failed to create page mapper");
48440fe15e0SLoGin         new_page_table = mapper.table().phys();
4852eab6dd7S曾俊         debug!("PageMapper created");
48640fe15e0SLoGin 
48740fe15e0SLoGin         // 取消最开始时候,在head.S中指定的映射(暂时不刷新TLB)
48840fe15e0SLoGin         {
48940fe15e0SLoGin             let table = mapper.table();
4907a29d4fcSLoGin             let empty_entry = PageEntry::<MMArch>::from_usize(0);
49140fe15e0SLoGin             for i in 0..MMArch::PAGE_ENTRY_NUM {
49240fe15e0SLoGin                 table
49340fe15e0SLoGin                     .set_entry(i, empty_entry)
49440fe15e0SLoGin                     .expect("Failed to empty page table entry");
49540fe15e0SLoGin             }
49640fe15e0SLoGin         }
4972eab6dd7S曾俊         debug!("Successfully emptied page table");
49840fe15e0SLoGin 
49945626c85SLoGin         let total_num = mem_block_manager().total_initial_memory_regions();
50045626c85SLoGin         for i in 0..total_num {
50145626c85SLoGin             let area = mem_block_manager().get_initial_memory_region(i).unwrap();
5022eab6dd7S曾俊             // debug!("area: base={:?}, size={:#x}, end={:?}", area.base, area.size, area.base + area.size);
50340fe15e0SLoGin             for i in 0..((area.size + MMArch::PAGE_SIZE - 1) / MMArch::PAGE_SIZE) {
50440fe15e0SLoGin                 let paddr = area.base.add(i * MMArch::PAGE_SIZE);
50540fe15e0SLoGin                 let vaddr = unsafe { MMArch::phys_2_virt(paddr) }.unwrap();
50640fe15e0SLoGin                 let flags = kernel_page_flags::<MMArch>(vaddr);
50740fe15e0SLoGin 
50840fe15e0SLoGin                 let flusher = mapper
50940fe15e0SLoGin                     .map_phys(vaddr, paddr, flags)
51040fe15e0SLoGin                     .expect("Failed to map frame");
51140fe15e0SLoGin                 // 暂时不刷新TLB
51240fe15e0SLoGin                 flusher.ignore();
51340fe15e0SLoGin             }
51440fe15e0SLoGin         }
51540fe15e0SLoGin     }
516d4f3de93Slogin 
517d4f3de93Slogin     unsafe {
51840fe15e0SLoGin         INITIAL_CR3_VALUE = new_page_table;
519d4f3de93Slogin     }
5202eab6dd7S曾俊     debug!(
52140fe15e0SLoGin         "After mapping all physical memory, DragonOS used: {} KB",
52240fe15e0SLoGin         bump_allocator.offset() / 1024
52340fe15e0SLoGin     );
52440fe15e0SLoGin 
52540fe15e0SLoGin     // 初始化buddy_allocator
52640fe15e0SLoGin     let buddy_allocator = unsafe { BuddyAllocator::<X86_64MMArch>::new(bump_allocator).unwrap() };
52740fe15e0SLoGin     // 设置全局的页帧分配器
52840fe15e0SLoGin     unsafe { set_inner_allocator(buddy_allocator) };
5292eab6dd7S曾俊     info!("Successfully initialized buddy allocator");
53040fe15e0SLoGin     // 关闭显示输出
531abe3a6eaShanjiezhou     scm_disable_put_to_window();
532abe3a6eaShanjiezhou 
53340fe15e0SLoGin     // make the new page table current
53440fe15e0SLoGin     {
53540fe15e0SLoGin         let mut binding = INNER_ALLOCATOR.lock();
53640fe15e0SLoGin         let mut allocator_guard = binding.as_mut().unwrap();
5372eab6dd7S曾俊         debug!("To enable new page table.");
53840fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
53940fe15e0SLoGin         let mapper = crate::mm::page::PageMapper::<MMArch, _>::new(
54040fe15e0SLoGin             PageTableKind::Kernel,
54140fe15e0SLoGin             new_page_table,
54240fe15e0SLoGin             &mut allocator_guard,
54340fe15e0SLoGin         );
54440fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
54540fe15e0SLoGin         mapper.make_current();
54640fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
5472eab6dd7S曾俊         debug!("New page table enabled");
54840fe15e0SLoGin     }
5492eab6dd7S曾俊     debug!("Successfully enabled new page table");
55040fe15e0SLoGin }
55140fe15e0SLoGin 
55240fe15e0SLoGin #[no_mangle]
rs_test_buddy()55340fe15e0SLoGin pub extern "C" fn rs_test_buddy() {
55440fe15e0SLoGin     test_buddy();
55540fe15e0SLoGin }
test_buddy()55640fe15e0SLoGin pub fn test_buddy() {
55740fe15e0SLoGin     // 申请内存然后写入数据然后free掉
55840fe15e0SLoGin     // 总共申请200MB内存
55940fe15e0SLoGin     const TOTAL_SIZE: usize = 200 * 1024 * 1024;
56040fe15e0SLoGin 
56140fe15e0SLoGin     for i in 0..10 {
5622eab6dd7S曾俊         debug!("Test buddy, round: {i}");
56340fe15e0SLoGin         // 存放申请的内存块
56440fe15e0SLoGin         let mut v: Vec<(PhysAddr, PageFrameCount)> = Vec::with_capacity(60 * 1024);
56540fe15e0SLoGin         // 存放已经申请的内存块的地址(用于检查重复)
56640fe15e0SLoGin         let mut addr_set: HashSet<PhysAddr> = HashSet::new();
56740fe15e0SLoGin 
56840fe15e0SLoGin         let mut allocated = 0usize;
56940fe15e0SLoGin 
57040fe15e0SLoGin         let mut free_count = 0usize;
57140fe15e0SLoGin 
57240fe15e0SLoGin         while allocated < TOTAL_SIZE {
57340fe15e0SLoGin             let mut random_size = 0u64;
57440fe15e0SLoGin             unsafe { x86::random::rdrand64(&mut random_size) };
57540fe15e0SLoGin             // 一次最多申请4M
576b5b571e0SLoGin             random_size %= 1024 * 4096;
57740fe15e0SLoGin             if random_size == 0 {
57840fe15e0SLoGin                 continue;
57940fe15e0SLoGin             }
58040fe15e0SLoGin             let random_size =
58140fe15e0SLoGin                 core::cmp::min(page_align_up(random_size as usize), TOTAL_SIZE - allocated);
58240fe15e0SLoGin             let random_size = PageFrameCount::from_bytes(random_size.next_power_of_two()).unwrap();
58340fe15e0SLoGin             // 获取帧
58440fe15e0SLoGin             let (paddr, allocated_frame_count) =
58540fe15e0SLoGin                 unsafe { LockedFrameAllocator.allocate(random_size).unwrap() };
58640fe15e0SLoGin             assert!(allocated_frame_count.data().is_power_of_two());
58740fe15e0SLoGin             assert!(paddr.data() % MMArch::PAGE_SIZE == 0);
58840fe15e0SLoGin             unsafe {
58940fe15e0SLoGin                 assert!(MMArch::phys_2_virt(paddr)
59040fe15e0SLoGin                     .as_ref()
59140fe15e0SLoGin                     .unwrap()
59240fe15e0SLoGin                     .check_aligned(allocated_frame_count.data() * MMArch::PAGE_SIZE));
59340fe15e0SLoGin             }
59440fe15e0SLoGin             allocated += allocated_frame_count.data() * MMArch::PAGE_SIZE;
59540fe15e0SLoGin             v.push((paddr, allocated_frame_count));
59640fe15e0SLoGin             assert!(addr_set.insert(paddr), "duplicate address: {:?}", paddr);
59740fe15e0SLoGin 
59840fe15e0SLoGin             // 写入数据
59940fe15e0SLoGin             let vaddr = unsafe { MMArch::phys_2_virt(paddr).unwrap() };
60040fe15e0SLoGin             let slice = unsafe {
60140fe15e0SLoGin                 core::slice::from_raw_parts_mut(
60240fe15e0SLoGin                     vaddr.data() as *mut u8,
60340fe15e0SLoGin                     allocated_frame_count.data() * MMArch::PAGE_SIZE,
60440fe15e0SLoGin                 )
60540fe15e0SLoGin             };
606b5b571e0SLoGin             for (i, item) in slice.iter_mut().enumerate() {
607b5b571e0SLoGin                 *item = ((i + unsafe { rdtsc() } as usize) % 256) as u8;
60840fe15e0SLoGin             }
60940fe15e0SLoGin 
61040fe15e0SLoGin             // 随机释放一个内存块
611b5b571e0SLoGin             if !v.is_empty() {
61240fe15e0SLoGin                 let mut random_index = 0u64;
61340fe15e0SLoGin                 unsafe { x86::random::rdrand64(&mut random_index) };
61440fe15e0SLoGin                 // 70%概率释放
61540fe15e0SLoGin                 if random_index % 10 > 7 {
61640fe15e0SLoGin                     continue;
61740fe15e0SLoGin                 }
618b5b571e0SLoGin                 random_index %= v.len() as u64;
61940fe15e0SLoGin                 let random_index = random_index as usize;
62040fe15e0SLoGin                 let (paddr, allocated_frame_count) = v.remove(random_index);
62140fe15e0SLoGin                 assert!(addr_set.remove(&paddr));
62240fe15e0SLoGin                 unsafe { LockedFrameAllocator.free(paddr, allocated_frame_count) };
62340fe15e0SLoGin                 free_count += allocated_frame_count.data() * MMArch::PAGE_SIZE;
62440fe15e0SLoGin             }
62540fe15e0SLoGin         }
62640fe15e0SLoGin 
6272eab6dd7S曾俊         debug!(
62840fe15e0SLoGin             "Allocated {} MB memory, release: {} MB, no release: {} bytes",
62940fe15e0SLoGin             allocated / 1024 / 1024,
63040fe15e0SLoGin             free_count / 1024 / 1024,
63140fe15e0SLoGin             (allocated - free_count)
63240fe15e0SLoGin         );
63340fe15e0SLoGin 
6342eab6dd7S曾俊         debug!("Now, to release buddy memory");
63540fe15e0SLoGin         // 释放所有的内存
63640fe15e0SLoGin         for (paddr, allocated_frame_count) in v {
63740fe15e0SLoGin             unsafe { LockedFrameAllocator.free(paddr, allocated_frame_count) };
63840fe15e0SLoGin             assert!(addr_set.remove(&paddr));
63940fe15e0SLoGin             free_count += allocated_frame_count.data() * MMArch::PAGE_SIZE;
64040fe15e0SLoGin         }
64140fe15e0SLoGin 
6422eab6dd7S曾俊         debug!("release done!, allocated: {allocated}, free_count: {free_count}");
64340fe15e0SLoGin     }
64440fe15e0SLoGin }
6454fda81ceSLoGin 
64640fe15e0SLoGin /// 全局的页帧分配器
64740fe15e0SLoGin #[derive(Debug, Clone, Copy, Hash)]
64840fe15e0SLoGin pub struct LockedFrameAllocator;
64940fe15e0SLoGin 
65040fe15e0SLoGin impl FrameAllocator for LockedFrameAllocator {
allocate(&mut self, mut count: PageFrameCount) -> Option<(PhysAddr, PageFrameCount)>6516fc066acSJomo     unsafe fn allocate(&mut self, mut count: PageFrameCount) -> Option<(PhysAddr, PageFrameCount)> {
6526fc066acSJomo         count = count.next_power_of_two();
65340fe15e0SLoGin         if let Some(ref mut allocator) = *INNER_ALLOCATOR.lock_irqsave() {
65440fe15e0SLoGin             return allocator.allocate(count);
65540fe15e0SLoGin         } else {
65640fe15e0SLoGin             return None;
65740fe15e0SLoGin         }
65840fe15e0SLoGin     }
65940fe15e0SLoGin 
free(&mut self, address: crate::mm::PhysAddr, count: PageFrameCount)66034e6d6c8Syuyi2439     unsafe fn free(&mut self, address: crate::mm::PhysAddr, count: PageFrameCount) {
66140fe15e0SLoGin         assert!(count.data().is_power_of_two());
66240fe15e0SLoGin         if let Some(ref mut allocator) = *INNER_ALLOCATOR.lock_irqsave() {
66340fe15e0SLoGin             return allocator.free(address, count);
66440fe15e0SLoGin         }
66540fe15e0SLoGin     }
66640fe15e0SLoGin 
usage(&self) -> PageFrameUsage66734e6d6c8Syuyi2439     unsafe fn usage(&self) -> PageFrameUsage {
66834e6d6c8Syuyi2439         if let Some(ref mut allocator) = *INNER_ALLOCATOR.lock_irqsave() {
66934e6d6c8Syuyi2439             return allocator.usage();
67034e6d6c8Syuyi2439         } else {
67134e6d6c8Syuyi2439             panic!("usage error");
67234e6d6c8Syuyi2439         }
67334e6d6c8Syuyi2439     }
67434e6d6c8Syuyi2439 }
67534e6d6c8Syuyi2439 
67640fe15e0SLoGin /// 获取内核地址默认的页面标志
kernel_page_flags<A: MemoryManagementArch>(virt: VirtAddr) -> EntryFlags<A>677cf7f801eSMemoryShore pub unsafe fn kernel_page_flags<A: MemoryManagementArch>(virt: VirtAddr) -> EntryFlags<A> {
678b5b571e0SLoGin     let info: X86_64MMBootstrapInfo = BOOTSTRAP_MM_INFO.unwrap();
67940fe15e0SLoGin 
68040fe15e0SLoGin     if virt.data() >= info.kernel_code_start && virt.data() < info.kernel_code_end {
68140fe15e0SLoGin         // Remap kernel code  execute
682cf7f801eSMemoryShore         return EntryFlags::new().set_execute(true).set_write(true);
68340fe15e0SLoGin     } else if virt.data() >= info.kernel_data_end && virt.data() < info.kernel_rodata_end {
68440fe15e0SLoGin         // Remap kernel rodata read only
685cf7f801eSMemoryShore         return EntryFlags::new().set_execute(true);
68640fe15e0SLoGin     } else {
687cf7f801eSMemoryShore         return EntryFlags::new().set_write(true).set_execute(true);
68840fe15e0SLoGin     }
68940fe15e0SLoGin }
69040fe15e0SLoGin 
set_inner_allocator(allocator: BuddyAllocator<MMArch>)69140fe15e0SLoGin unsafe fn set_inner_allocator(allocator: BuddyAllocator<MMArch>) {
69240fe15e0SLoGin     static FLAG: AtomicBool = AtomicBool::new(false);
69340fe15e0SLoGin     if FLAG
69440fe15e0SLoGin         .compare_exchange(false, true, Ordering::SeqCst, Ordering::SeqCst)
69540fe15e0SLoGin         .is_err()
69640fe15e0SLoGin     {
69740fe15e0SLoGin         panic!("Cannot set inner allocator twice!");
69840fe15e0SLoGin     }
69940fe15e0SLoGin     *INNER_ALLOCATOR.lock() = Some(allocator);
70040fe15e0SLoGin }
70140fe15e0SLoGin 
70240fe15e0SLoGin /// 低地址重映射的管理器
70340fe15e0SLoGin ///
70440fe15e0SLoGin /// 低地址重映射的管理器,在smp初始化完成之前,需要使用低地址的映射,因此需要在smp初始化完成之后,取消这一段映射
70540fe15e0SLoGin pub struct LowAddressRemapping;
70640fe15e0SLoGin 
70740fe15e0SLoGin impl LowAddressRemapping {
708453452ccSLoGin     // 映射64M
709453452ccSLoGin     const REMAP_SIZE: usize = 64 * 1024 * 1024;
71040fe15e0SLoGin 
remap_at_low_address(mapper: &mut PageMapper)7118cb2e9b3SLoGin     pub unsafe fn remap_at_low_address(mapper: &mut PageMapper) {
71240fe15e0SLoGin         for i in 0..(Self::REMAP_SIZE / MMArch::PAGE_SIZE) {
71340fe15e0SLoGin             let paddr = PhysAddr::new(i * MMArch::PAGE_SIZE);
71440fe15e0SLoGin             let vaddr = VirtAddr::new(i * MMArch::PAGE_SIZE);
71540fe15e0SLoGin             let flags = kernel_page_flags::<MMArch>(vaddr);
71640fe15e0SLoGin 
71740fe15e0SLoGin             let flusher = mapper
71840fe15e0SLoGin                 .map_phys(vaddr, paddr, flags)
71940fe15e0SLoGin                 .expect("Failed to map frame");
72040fe15e0SLoGin             // 暂时不刷新TLB
72140fe15e0SLoGin             flusher.ignore();
72240fe15e0SLoGin         }
72340fe15e0SLoGin     }
72440fe15e0SLoGin 
72540fe15e0SLoGin     /// 取消低地址的映射
unmap_at_low_address(mapper: &mut PageMapper, flush: bool)7268cb2e9b3SLoGin     pub unsafe fn unmap_at_low_address(mapper: &mut PageMapper, flush: bool) {
72740fe15e0SLoGin         for i in 0..(Self::REMAP_SIZE / MMArch::PAGE_SIZE) {
72840fe15e0SLoGin             let vaddr = VirtAddr::new(i * MMArch::PAGE_SIZE);
72926887c63SLoGin             let (_, _, flusher) = mapper
73026887c63SLoGin                 .unmap_phys(vaddr, true)
73140fe15e0SLoGin                 .expect("Failed to unmap frame");
732b5b571e0SLoGin             if !flush {
73340fe15e0SLoGin                 flusher.ignore();
73440fe15e0SLoGin             }
73540fe15e0SLoGin         }
73640fe15e0SLoGin     }
73740fe15e0SLoGin }
738