xref: /DragonOS/kernel/src/mm/mod.rs (revision 40fe15e0953f989ccfeb74826d61621d43dea6bb)
1*40fe15e0SLoGin use alloc::sync::Arc;
2*40fe15e0SLoGin 
3*40fe15e0SLoGin use crate::{
4*40fe15e0SLoGin     arch::MMArch,
5*40fe15e0SLoGin     include::bindings::bindings::{process_control_block, PAGE_OFFSET},
6*40fe15e0SLoGin     syscall::SystemError,
7*40fe15e0SLoGin };
8*40fe15e0SLoGin 
9*40fe15e0SLoGin use core::{
10*40fe15e0SLoGin     cmp,
11*40fe15e0SLoGin     fmt::Debug,
12*40fe15e0SLoGin     intrinsics::unlikely,
13*40fe15e0SLoGin     ops::{Add, AddAssign, Sub, SubAssign},
14*40fe15e0SLoGin     ptr,
15*40fe15e0SLoGin     sync::atomic::{AtomicBool, Ordering},
16*40fe15e0SLoGin };
17*40fe15e0SLoGin 
18*40fe15e0SLoGin use self::{
19*40fe15e0SLoGin     allocator::page_frame::{VirtPageFrame, VirtPageFrameIter},
20*40fe15e0SLoGin     page::round_up_to_page_size,
21*40fe15e0SLoGin     ucontext::{AddressSpace, UserMapper},
22*40fe15e0SLoGin };
23004e86ffSlogin 
2482d2e446Slogin pub mod allocator;
25*40fe15e0SLoGin pub mod c_adapter;
266cb769c4Slogin pub mod gfp;
27*40fe15e0SLoGin pub mod kernel_mapper;
28c2481452Shoumkh pub mod mmio_buddy;
29*40fe15e0SLoGin pub mod no_init;
30*40fe15e0SLoGin pub mod page;
31ab5c8ca4Slogin pub mod syscall;
32*40fe15e0SLoGin pub mod ucontext;
33*40fe15e0SLoGin 
34*40fe15e0SLoGin /// 内核INIT进程的用户地址空间结构体(仅在process_init中初始化)
35*40fe15e0SLoGin static mut __INITIAL_PROCESS_ADDRESS_SPACE: Option<Arc<AddressSpace>> = None;
36*40fe15e0SLoGin 
37*40fe15e0SLoGin /// 获取内核INIT进程的用户地址空间结构体
38*40fe15e0SLoGin #[allow(non_snake_case)]
39*40fe15e0SLoGin #[inline(always)]
40*40fe15e0SLoGin pub fn INITIAL_PROCESS_ADDRESS_SPACE() -> Arc<AddressSpace> {
41*40fe15e0SLoGin     unsafe {
42*40fe15e0SLoGin         return __INITIAL_PROCESS_ADDRESS_SPACE
43*40fe15e0SLoGin             .as_ref()
44*40fe15e0SLoGin             .expect("INITIAL_PROCESS_ADDRESS_SPACE is null")
45*40fe15e0SLoGin             .clone();
46*40fe15e0SLoGin     }
47*40fe15e0SLoGin }
48*40fe15e0SLoGin 
49*40fe15e0SLoGin /// 设置内核INIT进程的用户地址空间结构体全局变量
50*40fe15e0SLoGin #[allow(non_snake_case)]
51*40fe15e0SLoGin pub unsafe fn set_INITIAL_PROCESS_ADDRESS_SPACE(address_space: Arc<AddressSpace>) {
52*40fe15e0SLoGin     static INITIALIZED: AtomicBool = AtomicBool::new(false);
53*40fe15e0SLoGin     if INITIALIZED
54*40fe15e0SLoGin         .compare_exchange(false, true, Ordering::SeqCst, Ordering::Acquire)
55*40fe15e0SLoGin         .is_err()
56*40fe15e0SLoGin     {
57*40fe15e0SLoGin         panic!("INITIAL_PROCESS_ADDRESS_SPACE is already initialized");
58*40fe15e0SLoGin     }
59*40fe15e0SLoGin     __INITIAL_PROCESS_ADDRESS_SPACE = Some(address_space);
60*40fe15e0SLoGin }
61004e86ffSlogin 
62004e86ffSlogin /// @brief 将内核空间的虚拟地址转换为物理地址
63004e86ffSlogin #[inline(always)]
64004e86ffSlogin pub fn virt_2_phys(addr: usize) -> usize {
65004e86ffSlogin     addr - PAGE_OFFSET as usize
66004e86ffSlogin }
67004e86ffSlogin 
68004e86ffSlogin /// @brief 将物理地址转换为内核空间的虚拟地址
69004e86ffSlogin #[inline(always)]
70004e86ffSlogin pub fn phys_2_virt(addr: usize) -> usize {
71004e86ffSlogin     addr + PAGE_OFFSET as usize
72004e86ffSlogin }
73bacd691cSlogin 
74*40fe15e0SLoGin #[derive(Clone, Copy, Debug, Eq, Ord, PartialEq, PartialOrd, Hash)]
75*40fe15e0SLoGin pub enum PageTableKind {
76*40fe15e0SLoGin     /// 用户可访问的页表
77*40fe15e0SLoGin     User,
78*40fe15e0SLoGin     /// 内核页表
79*40fe15e0SLoGin     Kernel,
80*40fe15e0SLoGin }
81*40fe15e0SLoGin 
82*40fe15e0SLoGin /// 物理内存地址
83*40fe15e0SLoGin #[derive(Clone, Copy, Eq, Ord, PartialEq, PartialOrd, Hash)]
84*40fe15e0SLoGin #[repr(transparent)]
85*40fe15e0SLoGin pub struct PhysAddr(usize);
86*40fe15e0SLoGin 
87*40fe15e0SLoGin impl PhysAddr {
88*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
89*40fe15e0SLoGin     pub const fn new(address: usize) -> Self {
90*40fe15e0SLoGin         Self(address)
91*40fe15e0SLoGin     }
92*40fe15e0SLoGin 
93*40fe15e0SLoGin     /// @brief 获取物理地址的值
94*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
95*40fe15e0SLoGin     pub fn data(&self) -> usize {
96*40fe15e0SLoGin         self.0
97*40fe15e0SLoGin     }
98*40fe15e0SLoGin 
99*40fe15e0SLoGin     /// @brief 将物理地址加上一个偏移量
100*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
101*40fe15e0SLoGin     pub fn add(self, offset: usize) -> Self {
102*40fe15e0SLoGin         Self(self.0 + offset)
103*40fe15e0SLoGin     }
104*40fe15e0SLoGin 
105*40fe15e0SLoGin     /// @brief 判断物理地址是否按照指定要求对齐
106*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
107*40fe15e0SLoGin     pub fn check_aligned(&self, align: usize) -> bool {
108*40fe15e0SLoGin         return self.0 & (align - 1) == 0;
109*40fe15e0SLoGin     }
110*40fe15e0SLoGin 
111*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
112*40fe15e0SLoGin     pub fn is_null(&self) -> bool {
113*40fe15e0SLoGin         return self.0 == 0;
114*40fe15e0SLoGin     }
115*40fe15e0SLoGin }
116*40fe15e0SLoGin 
117*40fe15e0SLoGin impl Debug for PhysAddr {
118*40fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter<'_>) -> core::fmt::Result {
119*40fe15e0SLoGin         write!(f, "PhysAddr({:#x})", self.0)
120*40fe15e0SLoGin     }
121*40fe15e0SLoGin }
122*40fe15e0SLoGin 
123*40fe15e0SLoGin impl core::ops::Add<usize> for PhysAddr {
124*40fe15e0SLoGin     type Output = Self;
125*40fe15e0SLoGin 
126*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
127*40fe15e0SLoGin     fn add(self, rhs: usize) -> Self::Output {
128*40fe15e0SLoGin         return Self(self.0 + rhs);
129*40fe15e0SLoGin     }
130*40fe15e0SLoGin }
131*40fe15e0SLoGin 
132*40fe15e0SLoGin impl core::ops::AddAssign<usize> for PhysAddr {
133*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
134*40fe15e0SLoGin     fn add_assign(&mut self, rhs: usize) {
135*40fe15e0SLoGin         self.0 += rhs;
136*40fe15e0SLoGin     }
137*40fe15e0SLoGin }
138*40fe15e0SLoGin 
139*40fe15e0SLoGin impl core::ops::Add<PhysAddr> for PhysAddr {
140*40fe15e0SLoGin     type Output = Self;
141*40fe15e0SLoGin 
142*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
143*40fe15e0SLoGin     fn add(self, rhs: PhysAddr) -> Self::Output {
144*40fe15e0SLoGin         return Self(self.0 + rhs.0);
145*40fe15e0SLoGin     }
146*40fe15e0SLoGin }
147*40fe15e0SLoGin 
148*40fe15e0SLoGin impl core::ops::AddAssign<PhysAddr> for PhysAddr {
149*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
150*40fe15e0SLoGin     fn add_assign(&mut self, rhs: PhysAddr) {
151*40fe15e0SLoGin         self.0 += rhs.0;
152*40fe15e0SLoGin     }
153*40fe15e0SLoGin }
154*40fe15e0SLoGin 
155*40fe15e0SLoGin impl core::ops::Sub<usize> for PhysAddr {
156*40fe15e0SLoGin     type Output = Self;
157*40fe15e0SLoGin 
158*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
159*40fe15e0SLoGin     fn sub(self, rhs: usize) -> Self::Output {
160*40fe15e0SLoGin         return Self(self.0 - rhs);
161*40fe15e0SLoGin     }
162*40fe15e0SLoGin }
163*40fe15e0SLoGin 
164*40fe15e0SLoGin impl core::ops::SubAssign<usize> for PhysAddr {
165*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
166*40fe15e0SLoGin     fn sub_assign(&mut self, rhs: usize) {
167*40fe15e0SLoGin         self.0 -= rhs;
168*40fe15e0SLoGin     }
169*40fe15e0SLoGin }
170*40fe15e0SLoGin 
171*40fe15e0SLoGin impl core::ops::Sub<PhysAddr> for PhysAddr {
172*40fe15e0SLoGin     type Output = usize;
173*40fe15e0SLoGin 
174*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
175*40fe15e0SLoGin     fn sub(self, rhs: PhysAddr) -> Self::Output {
176*40fe15e0SLoGin         return self.0 - rhs.0;
177*40fe15e0SLoGin     }
178*40fe15e0SLoGin }
179*40fe15e0SLoGin 
180*40fe15e0SLoGin impl core::ops::SubAssign<PhysAddr> for PhysAddr {
181*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
182*40fe15e0SLoGin     fn sub_assign(&mut self, rhs: PhysAddr) {
183*40fe15e0SLoGin         self.0 -= rhs.0;
184*40fe15e0SLoGin     }
185*40fe15e0SLoGin }
186*40fe15e0SLoGin 
187*40fe15e0SLoGin /// 虚拟内存地址
188*40fe15e0SLoGin #[derive(Clone, Copy, Eq, Ord, PartialEq, PartialOrd, Hash)]
189*40fe15e0SLoGin #[repr(transparent)]
190*40fe15e0SLoGin pub struct VirtAddr(usize);
191*40fe15e0SLoGin 
192*40fe15e0SLoGin impl VirtAddr {
193*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
194*40fe15e0SLoGin     pub const fn new(address: usize) -> Self {
195*40fe15e0SLoGin         return Self(address);
196*40fe15e0SLoGin     }
197*40fe15e0SLoGin 
198*40fe15e0SLoGin     /// @brief 获取虚拟地址的值
199*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
200*40fe15e0SLoGin     pub fn data(&self) -> usize {
201*40fe15e0SLoGin         return self.0;
202*40fe15e0SLoGin     }
203*40fe15e0SLoGin 
204*40fe15e0SLoGin     /// @brief 判断虚拟地址的类型
205*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
206*40fe15e0SLoGin     pub fn kind(&self) -> PageTableKind {
207*40fe15e0SLoGin         if self.check_user() {
208*40fe15e0SLoGin             return PageTableKind::User;
209*40fe15e0SLoGin         } else {
210*40fe15e0SLoGin             return PageTableKind::Kernel;
211*40fe15e0SLoGin         }
212*40fe15e0SLoGin     }
213*40fe15e0SLoGin 
214*40fe15e0SLoGin     /// @brief 判断虚拟地址是否按照指定要求对齐
215*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
216*40fe15e0SLoGin     pub fn check_aligned(&self, align: usize) -> bool {
217*40fe15e0SLoGin         return self.0 & (align - 1) == 0;
218*40fe15e0SLoGin     }
219*40fe15e0SLoGin 
220*40fe15e0SLoGin     /// @brief 判断虚拟地址是否在用户空间
221*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
222*40fe15e0SLoGin     pub fn check_user(&self) -> bool {
223*40fe15e0SLoGin         if self < &MMArch::USER_END_VADDR {
224*40fe15e0SLoGin             return true;
225*40fe15e0SLoGin         } else {
226*40fe15e0SLoGin             return false;
227*40fe15e0SLoGin         }
228*40fe15e0SLoGin     }
229*40fe15e0SLoGin 
230*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
231*40fe15e0SLoGin     pub fn as_ptr<T>(self) -> *mut T {
232*40fe15e0SLoGin         return self.0 as *mut T;
233*40fe15e0SLoGin     }
234*40fe15e0SLoGin 
235*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
236*40fe15e0SLoGin     pub fn is_null(&self) -> bool {
237*40fe15e0SLoGin         return self.0 == 0;
238*40fe15e0SLoGin     }
239*40fe15e0SLoGin }
240*40fe15e0SLoGin 
241*40fe15e0SLoGin impl Add<VirtAddr> for VirtAddr {
242*40fe15e0SLoGin     type Output = Self;
243*40fe15e0SLoGin 
244*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
245*40fe15e0SLoGin     fn add(self, rhs: VirtAddr) -> Self::Output {
246*40fe15e0SLoGin         return Self(self.0 + rhs.0);
247*40fe15e0SLoGin     }
248*40fe15e0SLoGin }
249*40fe15e0SLoGin 
250*40fe15e0SLoGin impl Add<usize> for VirtAddr {
251*40fe15e0SLoGin     type Output = Self;
252*40fe15e0SLoGin 
253*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
254*40fe15e0SLoGin     fn add(self, rhs: usize) -> Self::Output {
255*40fe15e0SLoGin         return Self(self.0 + rhs);
256*40fe15e0SLoGin     }
257*40fe15e0SLoGin }
258*40fe15e0SLoGin 
259*40fe15e0SLoGin impl Sub<VirtAddr> for VirtAddr {
260*40fe15e0SLoGin     type Output = usize;
261*40fe15e0SLoGin 
262*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
263*40fe15e0SLoGin     fn sub(self, rhs: VirtAddr) -> Self::Output {
264*40fe15e0SLoGin         return self.0 - rhs.0;
265*40fe15e0SLoGin     }
266*40fe15e0SLoGin }
267*40fe15e0SLoGin 
268*40fe15e0SLoGin impl Sub<usize> for VirtAddr {
269*40fe15e0SLoGin     type Output = Self;
270*40fe15e0SLoGin 
271*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
272*40fe15e0SLoGin     fn sub(self, rhs: usize) -> Self::Output {
273*40fe15e0SLoGin         return Self(self.0 - rhs);
274*40fe15e0SLoGin     }
275*40fe15e0SLoGin }
276*40fe15e0SLoGin 
277*40fe15e0SLoGin impl AddAssign<usize> for VirtAddr {
278*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
279*40fe15e0SLoGin     fn add_assign(&mut self, rhs: usize) {
280*40fe15e0SLoGin         self.0 += rhs;
281*40fe15e0SLoGin     }
282*40fe15e0SLoGin }
283*40fe15e0SLoGin 
284*40fe15e0SLoGin impl AddAssign<VirtAddr> for VirtAddr {
285*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
286*40fe15e0SLoGin     fn add_assign(&mut self, rhs: VirtAddr) {
287*40fe15e0SLoGin         self.0 += rhs.0;
288*40fe15e0SLoGin     }
289*40fe15e0SLoGin }
290*40fe15e0SLoGin 
291*40fe15e0SLoGin impl SubAssign<usize> for VirtAddr {
292*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
293*40fe15e0SLoGin     fn sub_assign(&mut self, rhs: usize) {
294*40fe15e0SLoGin         self.0 -= rhs;
295*40fe15e0SLoGin     }
296*40fe15e0SLoGin }
297*40fe15e0SLoGin 
298*40fe15e0SLoGin impl SubAssign<VirtAddr> for VirtAddr {
299*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
300*40fe15e0SLoGin     fn sub_assign(&mut self, rhs: VirtAddr) {
301*40fe15e0SLoGin         self.0 -= rhs.0;
302*40fe15e0SLoGin     }
303*40fe15e0SLoGin }
304*40fe15e0SLoGin 
305*40fe15e0SLoGin impl Debug for VirtAddr {
306*40fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter<'_>) -> core::fmt::Result {
307*40fe15e0SLoGin         write!(f, "VirtAddr({:#x})", self.0)
308*40fe15e0SLoGin     }
309*40fe15e0SLoGin }
310*40fe15e0SLoGin 
311*40fe15e0SLoGin /// @brief 物理内存区域
312*40fe15e0SLoGin #[derive(Clone, Copy, Debug)]
313*40fe15e0SLoGin pub struct PhysMemoryArea {
314*40fe15e0SLoGin     /// 物理基地址
315*40fe15e0SLoGin     pub base: PhysAddr,
316*40fe15e0SLoGin     /// 该区域的物理内存大小
317*40fe15e0SLoGin     pub size: usize,
318*40fe15e0SLoGin }
319*40fe15e0SLoGin 
320*40fe15e0SLoGin pub trait MemoryManagementArch: Clone + Copy + Debug {
321*40fe15e0SLoGin     /// 页面大小的shift(假如页面4K,那么这个值就是12,因为2^12=4096)
322*40fe15e0SLoGin     const PAGE_SHIFT: usize;
323*40fe15e0SLoGin     /// 每个页表的页表项数目。(以2^n次幂来表示)假如有512个页表项,那么这个值就是9
324*40fe15e0SLoGin     const PAGE_ENTRY_SHIFT: usize;
325*40fe15e0SLoGin     /// 页表层级数量
326*40fe15e0SLoGin     const PAGE_LEVELS: usize;
327*40fe15e0SLoGin 
328*40fe15e0SLoGin     /// 页表项的有效位的index(假如页表项的第0-51位有效,那么这个值就是52)
329*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_ADDRESS_SHIFT: usize;
330*40fe15e0SLoGin     /// 页面的页表项的默认值
331*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_DEFAULT_PAGE: usize;
332*40fe15e0SLoGin     /// 页表的页表项的默认值
333*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE: usize;
334*40fe15e0SLoGin     /// 页表项的present位被置位之后的值
335*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_PRESENT: usize;
336*40fe15e0SLoGin     /// 页表项为read only时的值
337*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_READONLY: usize;
338*40fe15e0SLoGin     /// 页表项为可读写状态的值
339*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_READWRITE: usize;
340*40fe15e0SLoGin     /// 页面项标记页面为user page的值
341*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_USER: usize;
342*40fe15e0SLoGin     /// 页面项标记页面为write through的值
343*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH: usize;
344*40fe15e0SLoGin     /// 页面项标记页面为cache disable的值
345*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE: usize;
346*40fe15e0SLoGin     /// 标记当前页面不可执行的标志位(Execute disable)(也就是说,不能从这段内存里面获取处理器指令)
347*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_NO_EXEC: usize;
348*40fe15e0SLoGin     /// 标记当前页面可执行的标志位(Execute enable)
349*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAG_EXEC: usize;
350*40fe15e0SLoGin 
351*40fe15e0SLoGin     /// 虚拟地址与物理地址的偏移量
352*40fe15e0SLoGin     const PHYS_OFFSET: usize;
353*40fe15e0SLoGin 
354*40fe15e0SLoGin     /// 每个页面的大小
355*40fe15e0SLoGin     const PAGE_SIZE: usize = 1 << Self::PAGE_SHIFT;
356*40fe15e0SLoGin     /// 通过这个mask,获取地址的页内偏移量
357*40fe15e0SLoGin     const PAGE_OFFSET_MASK: usize = Self::PAGE_SIZE - 1;
358*40fe15e0SLoGin     /// 页表项的地址、数据部分的shift。
359*40fe15e0SLoGin     /// 打个比方,如果这个值为52,那么意味着页表项的[0, 52)位,用于表示地址以及其他的标志位
360*40fe15e0SLoGin     const PAGE_ADDRESS_SHIFT: usize = Self::PAGE_LEVELS * Self::PAGE_ENTRY_SHIFT + Self::PAGE_SHIFT;
361*40fe15e0SLoGin     /// 最大的虚拟地址(对于不同的架构,由于上述PAGE_ADDRESS_SHIFT可能包括了reserved bits, 事实上能表示的虚拟地址应该比这个值要小)
362*40fe15e0SLoGin     const PAGE_ADDRESS_SIZE: usize = 1 << Self::PAGE_ADDRESS_SHIFT;
363*40fe15e0SLoGin     /// 页表项的值与这个常量进行与运算,得到的结果是所填写的物理地址
364*40fe15e0SLoGin     const PAGE_ADDRESS_MASK: usize = Self::PAGE_ADDRESS_SIZE - Self::PAGE_SIZE;
365*40fe15e0SLoGin     /// 每个页表项的大小
366*40fe15e0SLoGin     const PAGE_ENTRY_SIZE: usize = 1 << (Self::PAGE_SHIFT - Self::PAGE_ENTRY_SHIFT);
367*40fe15e0SLoGin     /// 每个页表的页表项数目
368*40fe15e0SLoGin     const PAGE_ENTRY_NUM: usize = 1 << Self::PAGE_ENTRY_SHIFT;
369*40fe15e0SLoGin     /// 该字段用于根据虚拟地址,获取该虚拟地址在对应的页表中是第几个页表项
370*40fe15e0SLoGin     const PAGE_ENTRY_MASK: usize = Self::PAGE_ENTRY_NUM - 1;
371*40fe15e0SLoGin 
372*40fe15e0SLoGin     const PAGE_NEGATIVE_MASK: usize = !((Self::PAGE_ADDRESS_SIZE) - 1);
373*40fe15e0SLoGin 
374*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_ADDRESS_SIZE: usize = 1 << Self::ENTRY_ADDRESS_SHIFT;
375*40fe15e0SLoGin     /// 该mask用于获取页表项中地址字段
376*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_ADDRESS_MASK: usize = Self::ENTRY_ADDRESS_SIZE - Self::PAGE_SIZE;
377*40fe15e0SLoGin     /// 这个mask用于获取页表项中的flags
378*40fe15e0SLoGin     const ENTRY_FLAGS_MASK: usize = !Self::ENTRY_ADDRESS_MASK;
379*40fe15e0SLoGin 
380*40fe15e0SLoGin     /// 用户空间的最高地址
381*40fe15e0SLoGin     const USER_END_VADDR: VirtAddr;
382*40fe15e0SLoGin     /// 用户堆的起始地址
383*40fe15e0SLoGin     const USER_BRK_START: VirtAddr;
384*40fe15e0SLoGin     /// 用户栈起始地址(向下生长,不包含该值)
385*40fe15e0SLoGin     const USER_STACK_START: VirtAddr;
386*40fe15e0SLoGin 
387*40fe15e0SLoGin     /// @brief 用于初始化内存管理模块与架构相关的信息。
388*40fe15e0SLoGin     /// 该函数应调用其他模块的接口,生成内存区域结构体,提供给BumpAllocator使用
389*40fe15e0SLoGin     unsafe fn init() -> &'static [PhysMemoryArea];
390*40fe15e0SLoGin 
391*40fe15e0SLoGin     /// @brief 读取指定虚拟地址的值,并假设它是类型T的指针
392*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
393*40fe15e0SLoGin     unsafe fn read<T>(address: VirtAddr) -> T {
394*40fe15e0SLoGin         return ptr::read(address.data() as *const T);
395*40fe15e0SLoGin     }
396*40fe15e0SLoGin 
397*40fe15e0SLoGin     /// @brief 将value写入到指定的虚拟地址
398*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
399*40fe15e0SLoGin     unsafe fn write<T>(address: VirtAddr, value: T) {
400*40fe15e0SLoGin         ptr::write(address.data() as *mut T, value);
401*40fe15e0SLoGin     }
402*40fe15e0SLoGin 
403*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
404*40fe15e0SLoGin     unsafe fn write_bytes(address: VirtAddr, value: u8, count: usize) {
405*40fe15e0SLoGin         ptr::write_bytes(address.data() as *mut u8, value, count);
406*40fe15e0SLoGin     }
407*40fe15e0SLoGin 
408*40fe15e0SLoGin     /// @brief 刷新TLB中,关于指定虚拟地址的条目
409*40fe15e0SLoGin     unsafe fn invalidate_page(address: VirtAddr);
410*40fe15e0SLoGin 
411*40fe15e0SLoGin     /// @brief 刷新TLB中,所有的条目
412*40fe15e0SLoGin     unsafe fn invalidate_all();
413*40fe15e0SLoGin 
414*40fe15e0SLoGin     /// @brief 获取顶级页表的物理地址
415*40fe15e0SLoGin     unsafe fn table(table_kind: PageTableKind) -> PhysAddr;
416*40fe15e0SLoGin 
417*40fe15e0SLoGin     /// @brief 设置顶级页表的物理地址到处理器中
418*40fe15e0SLoGin     unsafe fn set_table(table_kind: PageTableKind, table: PhysAddr);
419*40fe15e0SLoGin 
420*40fe15e0SLoGin     /// @brief 将物理地址转换为虚拟地址.
421*40fe15e0SLoGin     ///
422*40fe15e0SLoGin     /// @param phys 物理地址
423*40fe15e0SLoGin     ///
424*40fe15e0SLoGin     /// @return 转换后的虚拟地址。如果转换失败,返回None
425*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
426*40fe15e0SLoGin     unsafe fn phys_2_virt(phys: PhysAddr) -> Option<VirtAddr> {
427*40fe15e0SLoGin         if let Some(vaddr) = phys.data().checked_add(Self::PHYS_OFFSET) {
428*40fe15e0SLoGin             return Some(VirtAddr::new(vaddr));
429*40fe15e0SLoGin         } else {
430*40fe15e0SLoGin             return None;
431*40fe15e0SLoGin         }
432*40fe15e0SLoGin     }
433*40fe15e0SLoGin 
434*40fe15e0SLoGin     /// 将虚拟地址转换为物理地址
435*40fe15e0SLoGin     ///
436*40fe15e0SLoGin     /// ## 参数
437*40fe15e0SLoGin     ///
438*40fe15e0SLoGin     /// - `virt` 虚拟地址
439*40fe15e0SLoGin     ///
440*40fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
441*40fe15e0SLoGin     ///
442*40fe15e0SLoGin     /// 转换后的物理地址。如果转换失败,返回None
443*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
444*40fe15e0SLoGin     unsafe fn virt_2_phys(virt: VirtAddr) -> Option<PhysAddr> {
445*40fe15e0SLoGin         if let Some(paddr) = virt.data().checked_sub(Self::PHYS_OFFSET) {
446*40fe15e0SLoGin             return Some(PhysAddr::new(paddr));
447*40fe15e0SLoGin         } else {
448*40fe15e0SLoGin             return None;
449*40fe15e0SLoGin         }
450*40fe15e0SLoGin     }
451*40fe15e0SLoGin 
452*40fe15e0SLoGin     /// @brief 判断指定的虚拟地址是否正确(符合规范)
453*40fe15e0SLoGin     fn virt_is_valid(virt: VirtAddr) -> bool;
454*40fe15e0SLoGin 
455*40fe15e0SLoGin     /// 获取内存管理初始化时,创建的第一个内核页表的地址
456*40fe15e0SLoGin     fn initial_page_table() -> PhysAddr;
457*40fe15e0SLoGin 
458*40fe15e0SLoGin     /// 初始化新的usermapper,为用户进程创建页表
459*40fe15e0SLoGin     fn setup_new_usermapper() -> Result<UserMapper, SystemError>;
460*40fe15e0SLoGin }
461*40fe15e0SLoGin 
462*40fe15e0SLoGin /// @brief 虚拟地址范围
463*40fe15e0SLoGin /// 该结构体用于表示一个虚拟地址范围,包括起始地址与大小
464*40fe15e0SLoGin ///
465*40fe15e0SLoGin /// 请注意与VMA进行区分,该结构体被VMA所包含
466*40fe15e0SLoGin #[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, Eq, Hash)]
467*40fe15e0SLoGin pub struct VirtRegion {
468*40fe15e0SLoGin     start: VirtAddr,
469*40fe15e0SLoGin     size: usize,
470*40fe15e0SLoGin }
471*40fe15e0SLoGin 
472*40fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
473*40fe15e0SLoGin impl VirtRegion {
474*40fe15e0SLoGin     /// # 创建一个新的虚拟地址范围
475*40fe15e0SLoGin     pub fn new(start: VirtAddr, size: usize) -> Self {
476*40fe15e0SLoGin         VirtRegion { start, size }
477*40fe15e0SLoGin     }
478*40fe15e0SLoGin 
479*40fe15e0SLoGin     /// 获取虚拟地址范围的起始地址
480*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
481*40fe15e0SLoGin     pub fn start(&self) -> VirtAddr {
482*40fe15e0SLoGin         self.start
483*40fe15e0SLoGin     }
484*40fe15e0SLoGin 
485*40fe15e0SLoGin     /// 获取虚拟地址范围的截止地址(不包括返回的地址)
486*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
487*40fe15e0SLoGin     pub fn end(&self) -> VirtAddr {
488*40fe15e0SLoGin         return self.start().add(self.size);
489*40fe15e0SLoGin     }
490*40fe15e0SLoGin 
491*40fe15e0SLoGin     /// # Create a new VirtRegion from a range [start, end)
492*40fe15e0SLoGin     ///
493*40fe15e0SLoGin     /// If end <= start, return None
494*40fe15e0SLoGin     pub fn between(start: VirtAddr, end: VirtAddr) -> Option<Self> {
495*40fe15e0SLoGin         if unlikely(end.data() <= start.data()) {
496*40fe15e0SLoGin             return None;
497*40fe15e0SLoGin         }
498*40fe15e0SLoGin         let size = end.data() - start.data();
499*40fe15e0SLoGin         return Some(VirtRegion::new(start, size));
500*40fe15e0SLoGin     }
501*40fe15e0SLoGin 
502*40fe15e0SLoGin     /// # 取两个虚拟地址范围的交集
503*40fe15e0SLoGin     ///
504*40fe15e0SLoGin     /// 如果两个虚拟地址范围没有交集,返回None
505*40fe15e0SLoGin     pub fn intersect(&self, other: &VirtRegion) -> Option<VirtRegion> {
506*40fe15e0SLoGin         let start = self.start.max(other.start);
507*40fe15e0SLoGin         let end = self.end().min(other.end());
508*40fe15e0SLoGin         return VirtRegion::between(start, end);
509*40fe15e0SLoGin     }
510*40fe15e0SLoGin 
511*40fe15e0SLoGin     /// 设置虚拟地址范围的起始地址
512*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
513*40fe15e0SLoGin     pub fn set_start(&mut self, start: VirtAddr) {
514*40fe15e0SLoGin         self.start = start;
515*40fe15e0SLoGin     }
516*40fe15e0SLoGin 
517*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
518*40fe15e0SLoGin     pub fn size(&self) -> usize {
519*40fe15e0SLoGin         self.size
520*40fe15e0SLoGin     }
521*40fe15e0SLoGin 
522*40fe15e0SLoGin     /// 设置虚拟地址范围的大小
523*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
524*40fe15e0SLoGin     pub fn set_size(&mut self, size: usize) {
525*40fe15e0SLoGin         self.size = size;
526*40fe15e0SLoGin     }
527*40fe15e0SLoGin 
528*40fe15e0SLoGin     /// 判断虚拟地址范围是否为空
529*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
530*40fe15e0SLoGin     pub fn is_empty(&self) -> bool {
531*40fe15e0SLoGin         self.size == 0
532*40fe15e0SLoGin     }
533*40fe15e0SLoGin 
534*40fe15e0SLoGin     /// 将虚拟地址区域的大小向上对齐到页大小
535*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
536*40fe15e0SLoGin     pub fn round_up_size_to_page(self) -> Self {
537*40fe15e0SLoGin         return VirtRegion::new(self.start, round_up_to_page_size(self.size));
538*40fe15e0SLoGin     }
539*40fe15e0SLoGin 
540*40fe15e0SLoGin     /// 判断两个虚拟地址范围是否由于具有交集而导致冲突
541*40fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
542*40fe15e0SLoGin     pub fn collide(&self, other: &VirtRegion) -> bool {
543*40fe15e0SLoGin         return self.intersect(other).is_some();
544*40fe15e0SLoGin     }
545*40fe15e0SLoGin 
546*40fe15e0SLoGin     pub fn iter_pages(&self) -> VirtPageFrameIter {
547*40fe15e0SLoGin         return VirtPageFrame::iter_range(
548*40fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(self.start),
549*40fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(self.end()),
550*40fe15e0SLoGin         );
551*40fe15e0SLoGin     }
552*40fe15e0SLoGin 
553*40fe15e0SLoGin     /// 获取[self.start(), region.start())的虚拟地址范围
554*40fe15e0SLoGin     ///
555*40fe15e0SLoGin     /// 如果self.start() >= region.start(),返回None
556*40fe15e0SLoGin     pub fn before(self, region: &VirtRegion) -> Option<Self> {
557*40fe15e0SLoGin         return Self::between(self.start(), region.start());
558*40fe15e0SLoGin     }
559*40fe15e0SLoGin 
560*40fe15e0SLoGin     /// 获取[region.end(),self.end())的虚拟地址范围
561*40fe15e0SLoGin     ///
562*40fe15e0SLoGin     /// 如果 self.end() >= region.end() ,返回None
563*40fe15e0SLoGin     pub fn after(self, region: &VirtRegion) -> Option<Self> {
564*40fe15e0SLoGin         // if self.end() > region.end() none
565*40fe15e0SLoGin         return Self::between(region.end(), self.end());
566*40fe15e0SLoGin     }
567*40fe15e0SLoGin 
568*40fe15e0SLoGin     /// 把当前虚拟地址范围内的某个虚拟地址,转换为另一个虚拟地址范围内的虚拟地址
569*40fe15e0SLoGin     ///
570*40fe15e0SLoGin     /// 如果vaddr不在当前虚拟地址范围内,返回None
571*40fe15e0SLoGin     ///
572*40fe15e0SLoGin     /// 如果vaddr在当前虚拟地址范围内,返回vaddr在new_base中的虚拟地址
573*40fe15e0SLoGin     pub fn rebase(self, vaddr: VirtAddr, new_base: &VirtRegion) -> Option<VirtAddr> {
574*40fe15e0SLoGin         if !self.contains(vaddr) {
575*40fe15e0SLoGin             return None;
576*40fe15e0SLoGin         }
577*40fe15e0SLoGin         let offset = vaddr.data() - self.start().data();
578*40fe15e0SLoGin         let new_start = new_base.start().data() + offset;
579*40fe15e0SLoGin         return Some(VirtAddr::new(new_start));
580*40fe15e0SLoGin     }
581*40fe15e0SLoGin 
582*40fe15e0SLoGin     /// 判断虚拟地址范围是否包含指定的虚拟地址
583*40fe15e0SLoGin     pub fn contains(&self, addr: VirtAddr) -> bool {
584*40fe15e0SLoGin         return self.start() <= addr && addr < self.end();
585*40fe15e0SLoGin     }
586*40fe15e0SLoGin 
587*40fe15e0SLoGin     /// 创建当前虚拟地址范围的页面迭代器
588*40fe15e0SLoGin     pub fn pages(&self) -> VirtPageFrameIter {
589*40fe15e0SLoGin         return VirtPageFrame::iter_range(
590*40fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(self.start()),
591*40fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(self.end()),
592*40fe15e0SLoGin         );
593*40fe15e0SLoGin     }
594*40fe15e0SLoGin }
595*40fe15e0SLoGin 
596*40fe15e0SLoGin impl PartialOrd for VirtRegion {
597*40fe15e0SLoGin     fn partial_cmp(&self, other: &Self) -> Option<cmp::Ordering> {
598*40fe15e0SLoGin         return self.start.partial_cmp(&other.start);
599*40fe15e0SLoGin     }
600*40fe15e0SLoGin }
601*40fe15e0SLoGin 
602*40fe15e0SLoGin impl Ord for VirtRegion {
603*40fe15e0SLoGin     fn cmp(&self, other: &Self) -> cmp::Ordering {
604*40fe15e0SLoGin         return self.start.cmp(&other.start);
605*40fe15e0SLoGin     }
606*40fe15e0SLoGin }
607*40fe15e0SLoGin 
608*40fe15e0SLoGin /// ## 判断虚拟地址是否超出了用户空间
609*40fe15e0SLoGin ///
610*40fe15e0SLoGin /// 如果虚拟地址超出了用户空间,返回Err(SystemError::EFAULT).
611*40fe15e0SLoGin /// 如果end < start,返回Err(SystemError::EOVERFLOW)
612*40fe15e0SLoGin ///
613*40fe15e0SLoGin /// 否则返回Ok(())
614*40fe15e0SLoGin pub fn verify_area(addr: VirtAddr, size: usize) -> Result<(), SystemError> {
615*40fe15e0SLoGin     let end = addr.add(size);
616*40fe15e0SLoGin     if unlikely(end.data() < addr.data()) {
617*40fe15e0SLoGin         return Err(SystemError::EOVERFLOW);
618*40fe15e0SLoGin     }
619*40fe15e0SLoGin 
620*40fe15e0SLoGin     if !addr.check_user() || !end.check_user() {
621*40fe15e0SLoGin         return Err(SystemError::EFAULT);
622*40fe15e0SLoGin     }
623*40fe15e0SLoGin 
624*40fe15e0SLoGin     return Ok(());
625*40fe15e0SLoGin }
626*40fe15e0SLoGin // ====== 重构内存管理、进程管理后,请删除这几行 BEGIN ======
627bacd691cSlogin //BUG pcb问题
628bacd691cSlogin unsafe impl Send for process_control_block {}
629bacd691cSlogin unsafe impl Sync for process_control_block {}
630bacd691cSlogin 
631*40fe15e0SLoGin // ====== 重构内存管理后,请删除这几行 END =======
632