xref: /DragonOS/kernel/src/mm/mod.rs (revision 1074eb34e784aa2adfc5b9e0d89fa4b7e6ea03ef)
1 use alloc::sync::Arc;
2 use system_error::SystemError;
3 
4 use crate::{arch::MMArch, include::bindings::bindings::PAGE_OFFSET};
5 
6 use core::{
7     cmp,
8     fmt::Debug,
9     intrinsics::unlikely,
10     ops::{Add, AddAssign, Sub, SubAssign},
11     ptr,
12     sync::atomic::{AtomicBool, Ordering},
13 };
14 
15 use self::{
16     allocator::page_frame::{VirtPageFrame, VirtPageFrameIter},
17     memblock::MemoryAreaAttr,
18     page::round_up_to_page_size,
19     ucontext::{AddressSpace, UserMapper},
20 };
21 
22 pub mod allocator;
23 pub mod c_adapter;
24 pub mod early_ioremap;
25 pub mod init;
26 pub mod kernel_mapper;
27 pub mod memblock;
28 pub mod mmio_buddy;
29 pub mod no_init;
30 pub mod page;
31 pub mod percpu;
32 pub mod syscall;
33 pub mod ucontext;
34 
35 /// 内核INIT进程的用户地址空间结构体(仅在process_init中初始化)
36 static mut __IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE: Option<Arc<AddressSpace>> = None;
37 
38 bitflags! {
39     /// Virtual memory flags
40     #[allow(clippy::bad_bit_mask)]
41     pub struct VmFlags:u32{
42         const VM_NONE = 0x00000000;
43 
44         const VM_READ = 0x00000001;
45         const VM_WRITE = 0x00000002;
46         const VM_EXEC = 0x00000004;
47         const VM_SHARED = 0x00000008;
48 
49         const VM_MAYREAD = 0x00000010;
50         const VM_MAYWRITE = 0x00000020;
51         const VM_MAYEXEC = 0x00000040;
52         const VM_MAYSHARE = 0x00000080;
53 
54         const VM_GROWSDOWN = 0x00000100;
55         const VM_UFFD_MISSING = 0x00000200;
56         const VM_PFNMAP = 0x00000400;
57         const VM_UFFD_WP = 0x00001000;
58 
59         const VM_LOCKED = 0x00002000;
60         const VM_IO = 0x00004000;
61 
62         const VM_SEQ_READ = 0x00008000;
63         const VM_RAND_READ = 0x00010000;
64 
65         const VM_DONTCOPY = 0x00020000;
66         const VM_DONTEXPAND = 0x00040000;
67         const VM_LOCKONFAULT = 0x00080000;
68         const VM_ACCOUNT = 0x00100000;
69         const VM_NORESERVE = 0x00200000;
70         const VM_HUGETLB = 0x00400000;
71         const VM_SYNC = 0x00800000;
72         const VM_ARCH_1 = 0x01000000;
73         const VM_WIPEONFORK = 0x02000000;
74         const VM_DONTDUMP = 0x04000000;
75     }
76 }
77 
78 /// 获取内核IDLE进程的用户地址空间结构体
79 #[allow(non_snake_case)]
80 #[inline(always)]
81 pub fn IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE() -> Arc<AddressSpace> {
82     unsafe {
83         return __IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE
84             .as_ref()
85             .expect("IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE is null")
86             .clone();
87     }
88 }
89 
90 /// 设置内核IDLE进程的用户地址空间结构体全局变量
91 #[allow(non_snake_case)]
92 pub unsafe fn set_IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE(address_space: Arc<AddressSpace>) {
93     static INITIALIZED: AtomicBool = AtomicBool::new(false);
94     if INITIALIZED
95         .compare_exchange(false, true, Ordering::SeqCst, Ordering::Acquire)
96         .is_err()
97     {
98         panic!("IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE is already initialized");
99     }
100     __IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE = Some(address_space);
101 }
102 
103 /// @brief 将内核空间的虚拟地址转换为物理地址
104 #[inline(always)]
105 pub fn virt_2_phys(addr: usize) -> usize {
106     addr - PAGE_OFFSET as usize
107 }
108 
109 /// @brief 将物理地址转换为内核空间的虚拟地址
110 #[inline(always)]
111 pub fn phys_2_virt(addr: usize) -> usize {
112     addr + PAGE_OFFSET as usize
113 }
114 
115 #[derive(Clone, Copy, Debug, Eq, Ord, PartialEq, PartialOrd, Hash)]
116 pub enum PageTableKind {
117     /// 用户可访问的页表
118     User,
119     /// 内核页表
120     Kernel,
121     /// x86内存虚拟化中使用的EPT
122     #[cfg(target_arch = "x86_64")]
123     EPT,
124 }
125 
126 /// 物理内存地址
127 #[derive(Clone, Copy, Eq, Ord, PartialEq, PartialOrd, Hash)]
128 #[repr(transparent)]
129 pub struct PhysAddr(usize);
130 
131 impl PhysAddr {
132     /// 最大物理地址
133     pub const MAX: Self = PhysAddr(usize::MAX);
134 
135     #[inline(always)]
136     pub const fn new(address: usize) -> Self {
137         Self(address)
138     }
139 
140     /// @brief 获取物理地址的值
141     #[inline(always)]
142     pub const fn data(&self) -> usize {
143         self.0
144     }
145 
146     /// @brief 将物理地址加上一个偏移量
147     #[inline(always)]
148     pub fn add(self, offset: usize) -> Self {
149         Self(self.0 + offset)
150     }
151 
152     /// @brief 判断物理地址是否按照指定要求对齐
153     #[inline(always)]
154     pub fn check_aligned(&self, align: usize) -> bool {
155         return self.0 & (align - 1) == 0;
156     }
157 
158     #[inline(always)]
159     pub fn is_null(&self) -> bool {
160         return self.0 == 0;
161     }
162 }
163 
164 impl Debug for PhysAddr {
165     fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter<'_>) -> core::fmt::Result {
166         write!(f, "PhysAddr({:#x})", self.0)
167     }
168 }
169 
170 impl core::ops::Add<usize> for PhysAddr {
171     type Output = Self;
172 
173     #[inline(always)]
174     fn add(self, rhs: usize) -> Self::Output {
175         return Self(self.0 + rhs);
176     }
177 }
178 
179 impl core::ops::AddAssign<usize> for PhysAddr {
180     #[inline(always)]
181     fn add_assign(&mut self, rhs: usize) {
182         self.0 += rhs;
183     }
184 }
185 
186 impl core::ops::Add<PhysAddr> for PhysAddr {
187     type Output = Self;
188 
189     #[inline(always)]
190     fn add(self, rhs: PhysAddr) -> Self::Output {
191         return Self(self.0 + rhs.0);
192     }
193 }
194 
195 impl core::ops::AddAssign<PhysAddr> for PhysAddr {
196     #[inline(always)]
197     fn add_assign(&mut self, rhs: PhysAddr) {
198         self.0 += rhs.0;
199     }
200 }
201 
202 impl core::ops::BitOrAssign<usize> for PhysAddr {
203     #[inline(always)]
204     fn bitor_assign(&mut self, rhs: usize) {
205         self.0 |= rhs;
206     }
207 }
208 
209 impl core::ops::BitOrAssign<PhysAddr> for PhysAddr {
210     #[inline(always)]
211     fn bitor_assign(&mut self, rhs: PhysAddr) {
212         self.0 |= rhs.0;
213     }
214 }
215 
216 impl core::ops::Sub<usize> for PhysAddr {
217     type Output = Self;
218 
219     #[inline(always)]
220     fn sub(self, rhs: usize) -> Self::Output {
221         return Self(self.0 - rhs);
222     }
223 }
224 
225 impl core::ops::SubAssign<usize> for PhysAddr {
226     #[inline(always)]
227     fn sub_assign(&mut self, rhs: usize) {
228         self.0 -= rhs;
229     }
230 }
231 
232 impl core::ops::Sub<PhysAddr> for PhysAddr {
233     type Output = usize;
234 
235     #[inline(always)]
236     fn sub(self, rhs: PhysAddr) -> Self::Output {
237         return self.0 - rhs.0;
238     }
239 }
240 
241 impl core::ops::SubAssign<PhysAddr> for PhysAddr {
242     #[inline(always)]
243     fn sub_assign(&mut self, rhs: PhysAddr) {
244         self.0 -= rhs.0;
245     }
246 }
247 
248 /// 虚拟内存地址
249 #[derive(Clone, Copy, Eq, Ord, PartialEq, PartialOrd, Hash)]
250 #[repr(transparent)]
251 pub struct VirtAddr(usize);
252 
253 impl VirtAddr {
254     #[inline(always)]
255     pub const fn new(address: usize) -> Self {
256         return Self(address);
257     }
258 
259     /// @brief 获取虚拟地址的值
260     #[inline(always)]
261     pub const fn data(&self) -> usize {
262         return self.0;
263     }
264 
265     /// @brief 判断虚拟地址的类型
266     #[inline(always)]
267     pub fn kind(&self) -> PageTableKind {
268         if self.check_user() {
269             return PageTableKind::User;
270         } else {
271             return PageTableKind::Kernel;
272         }
273     }
274 
275     /// @brief 判断虚拟地址是否按照指定要求对齐
276     #[inline(always)]
277     pub fn check_aligned(&self, align: usize) -> bool {
278         return self.0 & (align - 1) == 0;
279     }
280 
281     /// @brief 判断虚拟地址是否在用户空间
282     #[inline(always)]
283     pub fn check_user(&self) -> bool {
284         return self < &MMArch::USER_END_VADDR;
285     }
286 
287     #[inline(always)]
288     pub fn as_ptr<T>(self) -> *mut T {
289         return self.0 as *mut T;
290     }
291 
292     #[inline(always)]
293     pub fn is_null(&self) -> bool {
294         return self.0 == 0;
295     }
296 }
297 
298 impl Add<VirtAddr> for VirtAddr {
299     type Output = Self;
300 
301     #[inline(always)]
302     fn add(self, rhs: VirtAddr) -> Self::Output {
303         return Self(self.0 + rhs.0);
304     }
305 }
306 
307 impl Add<usize> for VirtAddr {
308     type Output = Self;
309 
310     #[inline(always)]
311     fn add(self, rhs: usize) -> Self::Output {
312         return Self(self.0 + rhs);
313     }
314 }
315 
316 impl Sub<VirtAddr> for VirtAddr {
317     type Output = usize;
318 
319     #[inline(always)]
320     fn sub(self, rhs: VirtAddr) -> Self::Output {
321         return self.0 - rhs.0;
322     }
323 }
324 
325 impl Sub<usize> for VirtAddr {
326     type Output = Self;
327 
328     #[inline(always)]
329     fn sub(self, rhs: usize) -> Self::Output {
330         return Self(self.0 - rhs);
331     }
332 }
333 
334 impl AddAssign<usize> for VirtAddr {
335     #[inline(always)]
336     fn add_assign(&mut self, rhs: usize) {
337         self.0 += rhs;
338     }
339 }
340 
341 impl AddAssign<VirtAddr> for VirtAddr {
342     #[inline(always)]
343     fn add_assign(&mut self, rhs: VirtAddr) {
344         self.0 += rhs.0;
345     }
346 }
347 
348 impl SubAssign<usize> for VirtAddr {
349     #[inline(always)]
350     fn sub_assign(&mut self, rhs: usize) {
351         self.0 -= rhs;
352     }
353 }
354 
355 impl SubAssign<VirtAddr> for VirtAddr {
356     #[inline(always)]
357     fn sub_assign(&mut self, rhs: VirtAddr) {
358         self.0 -= rhs.0;
359     }
360 }
361 
362 impl Debug for VirtAddr {
363     fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter<'_>) -> core::fmt::Result {
364         write!(f, "VirtAddr({:#x})", self.0)
365     }
366 }
367 
368 /// @brief 物理内存区域
369 #[derive(Clone, Copy, Debug)]
370 pub struct PhysMemoryArea {
371     /// 物理基地址
372     pub base: PhysAddr,
373     /// 该区域的物理内存大小
374     pub size: usize,
375 
376     pub flags: MemoryAreaAttr,
377 }
378 
379 impl PhysMemoryArea {
380     pub const DEFAULT: Self = Self {
381         base: PhysAddr::new(0),
382         size: 0,
383         flags: MemoryAreaAttr::empty(),
384     };
385 
386     pub fn new(base: PhysAddr, size: usize, flags: MemoryAreaAttr) -> Self {
387         Self { base, size, flags }
388     }
389 
390     /// 返回向上页面对齐的区域起始物理地址
391     pub fn area_base_aligned(&self) -> PhysAddr {
392         return PhysAddr::new(
393             (self.base.data() + (MMArch::PAGE_SIZE - 1)) & !(MMArch::PAGE_SIZE - 1),
394         );
395     }
396 
397     /// 返回向下页面对齐的区域截止物理地址
398     pub fn area_end_aligned(&self) -> PhysAddr {
399         return PhysAddr::new((self.base.data() + self.size) & !(MMArch::PAGE_SIZE - 1));
400     }
401 }
402 
403 impl Default for PhysMemoryArea {
404     fn default() -> Self {
405         return Self::DEFAULT;
406     }
407 }
408 
409 pub trait MemoryManagementArch: Clone + Copy + Debug {
410     /// 页面大小的shift(假如页面4K,那么这个值就是12,因为2^12=4096)
411     const PAGE_SHIFT: usize;
412     /// 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
413     const PAGE_ENTRY_SHIFT: usize;
414     /// 页表层级数量
415     const PAGE_LEVELS: usize;
416 
417     /// 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)
418     const ENTRY_ADDRESS_SHIFT: usize;
419     /// 页面的页表项的默认值
420     const ENTRY_FLAG_DEFAULT_PAGE: usize;
421     /// 页表的页表项的默认值
422     const ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE: usize;
423     /// 页表项的present位被置位之后的值
424     const ENTRY_FLAG_PRESENT: usize;
425     /// 页表项为read only时的值
426     const ENTRY_FLAG_READONLY: usize;
427     /// 页表项为可读写状态的值
428     const ENTRY_FLAG_READWRITE: usize;
429     /// 页面项标记页面为user page的值
430     const ENTRY_FLAG_USER: usize;
431     /// 页面项标记页面为write through的值
432     const ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH: usize;
433     /// 页面项标记页面为cache disable的值
434     const ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE: usize;
435     /// 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)
436     const ENTRY_FLAG_NO_EXEC: usize;
437     /// 标记当前页面可执行的标志位(Execute enable)
438     const ENTRY_FLAG_EXEC: usize;
439     /// 当该位为1时,标明这是一个脏页
440     const ENTRY_FLAG_DIRTY: usize;
441     /// 当该位为1时,代表这个页面被处理器访问过
442     const ENTRY_FLAG_ACCESSED: usize;
443 
444     /// 虚拟地址与物理地址的偏移量
445     const PHYS_OFFSET: usize;
446 
447     /// 内核在链接时被链接到的偏移量
448     const KERNEL_LINK_OFFSET: usize;
449 
450     const KERNEL_VIRT_START: usize = Self::PHYS_OFFSET + Self::KERNEL_LINK_OFFSET;
451 
452     /// 每个页面的大小
453     const PAGE_SIZE: usize = 1 << Self::PAGE_SHIFT;
454     /// 通过这个mask,获取地址的页内偏移量
455     const PAGE_OFFSET_MASK: usize = Self::PAGE_SIZE - 1;
456     /// 通过这个mask,获取页的首地址
457     const PAGE_MASK: usize = !(Self::PAGE_OFFSET_MASK);
458     /// 页表项的地址、数据部分的shift。
459     /// 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
460     const PAGE_ADDRESS_SHIFT: usize = Self::PAGE_LEVELS * Self::PAGE_ENTRY_SHIFT + Self::PAGE_SHIFT;
461     /// 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)
462     const PAGE_ADDRESS_SIZE: usize = 1 << Self::PAGE_ADDRESS_SHIFT;
463     /// 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
464     const PAGE_ADDRESS_MASK: usize = Self::PAGE_ADDRESS_SIZE - Self::PAGE_SIZE;
465     /// 每个页表项的大小
466     const PAGE_ENTRY_SIZE: usize = 1 << (Self::PAGE_SHIFT - Self::PAGE_ENTRY_SHIFT);
467     /// 每个页表的页表项数目
468     const PAGE_ENTRY_NUM: usize = 1 << Self::PAGE_ENTRY_SHIFT;
469     /// 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
470     const PAGE_ENTRY_MASK: usize = Self::PAGE_ENTRY_NUM - 1;
471 
472     const PAGE_NEGATIVE_MASK: usize = !((Self::PAGE_ADDRESS_SIZE) - 1);
473 
474     const ENTRY_ADDRESS_SIZE: usize = 1 << Self::ENTRY_ADDRESS_SHIFT;
475     /// 该mask用于获取页表项中地址字段
476     const ENTRY_ADDRESS_MASK: usize = Self::ENTRY_ADDRESS_SIZE - Self::PAGE_SIZE;
477     /// 这个mask用于获取页表项中的flags
478     const ENTRY_FLAGS_MASK: usize = !Self::ENTRY_ADDRESS_MASK;
479 
480     /// 用户空间的最高地址
481     const USER_END_VADDR: VirtAddr;
482     /// 用户堆的起始地址
483     const USER_BRK_START: VirtAddr;
484     /// 用户栈起始地址(向下生长,不包含该值)
485     const USER_STACK_START: VirtAddr;
486 
487     /// 内核的固定映射区的起始地址
488     const FIXMAP_START_VADDR: VirtAddr;
489     /// 内核的固定映射区的大小
490     const FIXMAP_SIZE: usize;
491     /// 内核的固定映射区的结束地址
492     const FIXMAP_END_VADDR: VirtAddr =
493         VirtAddr::new(Self::FIXMAP_START_VADDR.data() + Self::FIXMAP_SIZE);
494 
495     /// MMIO虚拟空间的基地址
496     const MMIO_BASE: VirtAddr;
497     /// MMIO虚拟空间的大小
498     const MMIO_SIZE: usize;
499     /// MMIO虚拟空间的顶端地址(不包含)
500     const MMIO_TOP: VirtAddr = VirtAddr::new(Self::MMIO_BASE.data() + Self::MMIO_SIZE);
501 
502     /// @brief 用于初始化内存管理模块与架构相关的信息。
503     /// 该函数应调用其他模块的接口,把可用内存区域添加到memblock,提供给BumpAllocator使用
504     unsafe fn init();
505 
506     /// 内存管理初始化完成后,调用该函数
507     unsafe fn arch_post_init() {}
508 
509     /// @brief 读取指定虚拟地址的值,并假设它是类型T的指针
510     #[inline(always)]
511     unsafe fn read<T>(address: VirtAddr) -> T {
512         return ptr::read(address.data() as *const T);
513     }
514 
515     /// @brief 将value写入到指定的虚拟地址
516     #[inline(always)]
517     unsafe fn write<T>(address: VirtAddr, value: T) {
518         ptr::write(address.data() as *mut T, value);
519     }
520 
521     #[inline(always)]
522     unsafe fn write_bytes(address: VirtAddr, value: u8, count: usize) {
523         ptr::write_bytes(address.data() as *mut u8, value, count);
524     }
525 
526     /// @brief 刷新TLB中,关于指定虚拟地址的条目
527     unsafe fn invalidate_page(address: VirtAddr);
528 
529     /// @brief 刷新TLB中,所有的条目
530     unsafe fn invalidate_all();
531 
532     /// @brief 获取顶级页表的物理地址
533     unsafe fn table(table_kind: PageTableKind) -> PhysAddr;
534 
535     /// @brief 设置顶级页表的物理地址到处理器中
536     unsafe fn set_table(table_kind: PageTableKind, table: PhysAddr);
537 
538     /// @brief 将物理地址转换为虚拟地址.
539     ///
540     /// @param phys 物理地址
541     ///
542     /// @return 转换后的虚拟地址。如果转换失败,返回None
543     #[inline(always)]
544     unsafe fn phys_2_virt(phys: PhysAddr) -> Option<VirtAddr> {
545         if let Some(vaddr) = phys.data().checked_add(Self::PHYS_OFFSET) {
546             return Some(VirtAddr::new(vaddr));
547         } else {
548             return None;
549         }
550     }
551 
552     /// 将虚拟地址转换为物理地址
553     ///
554     /// ## 参数
555     ///
556     /// - `virt` 虚拟地址
557     ///
558     /// ## 返回值
559     ///
560     /// 转换后的物理地址。如果转换失败,返回None
561     #[inline(always)]
562     unsafe fn virt_2_phys(virt: VirtAddr) -> Option<PhysAddr> {
563         if let Some(paddr) = virt.data().checked_sub(Self::PHYS_OFFSET) {
564             return Some(PhysAddr::new(paddr));
565         } else {
566             return None;
567         }
568     }
569 
570     /// @brief 判断指定的虚拟地址是否正确(符合规范)
571     fn virt_is_valid(virt: VirtAddr) -> bool;
572 
573     /// 获取内存管理初始化时,创建的第一个内核页表的地址
574     fn initial_page_table() -> PhysAddr;
575 
576     /// 初始化新的usermapper,为用户进程创建页表
577     fn setup_new_usermapper() -> Result<UserMapper, SystemError>;
578 
579     /// 创建页表项
580     ///
581     /// 这是一个低阶api,用于根据物理地址以及指定好的pageflags,创建页表项
582     ///
583     /// ## 参数
584     ///
585     /// - `paddr` 物理地址
586     /// - `page_flags` 页表项的flags
587     ///
588     /// ## 返回值
589     ///
590     /// 页表项的值
591     fn make_entry(paddr: PhysAddr, page_flags: usize) -> usize;
592 }
593 
594 /// @brief 虚拟地址范围
595 /// 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
596 ///
597 /// 请注意与VMA进行区分,该结构体被VMA所包含
598 #[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, Eq, Hash)]
599 pub struct VirtRegion {
600     start: VirtAddr,
601     size: usize,
602 }
603 
604 #[allow(dead_code)]
605 impl VirtRegion {
606     /// # 创建一个新的虚拟地址范围
607     pub fn new(start: VirtAddr, size: usize) -> Self {
608         VirtRegion { start, size }
609     }
610 
611     /// 获取虚拟地址范围的起始地址
612     #[inline(always)]
613     pub fn start(&self) -> VirtAddr {
614         self.start
615     }
616 
617     /// 获取虚拟地址范围的截止地址(不包括返回的地址)
618     #[inline(always)]
619     pub fn end(&self) -> VirtAddr {
620         return self.start().add(self.size);
621     }
622 
623     /// # Create a new VirtRegion from a range [start, end)
624     ///
625     /// If end <= start, return None
626     pub fn between(start: VirtAddr, end: VirtAddr) -> Option<Self> {
627         if unlikely(end.data() <= start.data()) {
628             return None;
629         }
630         let size = end.data() - start.data();
631         return Some(VirtRegion::new(start, size));
632     }
633 
634     /// # 取两个虚拟地址范围的交集
635     ///
636     /// 如果两个虚拟地址范围没有交集,返回None
637     pub fn intersect(&self, other: &VirtRegion) -> Option<VirtRegion> {
638         let start = self.start.max(other.start);
639         let end = self.end().min(other.end());
640         return VirtRegion::between(start, end);
641     }
642 
643     /// 设置虚拟地址范围的起始地址
644     #[inline(always)]
645     pub fn set_start(&mut self, start: VirtAddr) {
646         self.start = start;
647     }
648 
649     #[inline(always)]
650     pub fn size(&self) -> usize {
651         self.size
652     }
653 
654     /// 设置虚拟地址范围的大小
655     #[inline(always)]
656     pub fn set_size(&mut self, size: usize) {
657         self.size = size;
658     }
659 
660     /// 判断虚拟地址范围是否为空
661     #[inline(always)]
662     pub fn is_empty(&self) -> bool {
663         self.size == 0
664     }
665 
666     /// 将虚拟地址区域的大小向上对齐到页大小
667     #[inline(always)]
668     pub fn round_up_size_to_page(self) -> Self {
669         return VirtRegion::new(self.start, round_up_to_page_size(self.size));
670     }
671 
672     /// 判断两个虚拟地址范围是否由于具有交集而导致冲突
673     #[inline(always)]
674     pub fn collide(&self, other: &VirtRegion) -> bool {
675         return self.intersect(other).is_some();
676     }
677 
678     pub fn iter_pages(&self) -> VirtPageFrameIter {
679         return VirtPageFrame::iter_range(
680             VirtPageFrame::new(self.start),
681             VirtPageFrame::new(self.end()),
682         );
683     }
684 
685     /// 获取[self.start(), region.start())的虚拟地址范围
686     ///
687     /// 如果self.start() >= region.start(),返回None
688     pub fn before(self, region: &VirtRegion) -> Option<Self> {
689         return Self::between(self.start(), region.start());
690     }
691 
692     /// 获取[region.end(),self.end())的虚拟地址范围
693     ///
694     /// 如果 self.end() >= region.end() ,返回None
695     pub fn after(self, region: &VirtRegion) -> Option<Self> {
696         // if self.end() > region.end() none
697         return Self::between(region.end(), self.end());
698     }
699 
700     /// 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
701     ///
702     /// 如果vaddr不在当前虚拟地址范围内,返回None
703     ///
704     /// 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
705     pub fn rebase(self, vaddr: VirtAddr, new_base: &VirtRegion) -> Option<VirtAddr> {
706         if !self.contains(vaddr) {
707             return None;
708         }
709         let offset = vaddr.data() - self.start().data();
710         let new_start = new_base.start().data() + offset;
711         return Some(VirtAddr::new(new_start));
712     }
713 
714     /// 判断虚拟地址范围是否包含指定的虚拟地址
715     pub fn contains(&self, addr: VirtAddr) -> bool {
716         return self.start() <= addr && addr < self.end();
717     }
718 
719     /// 创建当前虚拟地址范围的页面迭代器
720     pub fn pages(&self) -> VirtPageFrameIter {
721         return VirtPageFrame::iter_range(
722             VirtPageFrame::new(self.start()),
723             VirtPageFrame::new(self.end()),
724         );
725     }
726 }
727 
728 impl PartialOrd for VirtRegion {
729     fn partial_cmp(&self, other: &Self) -> Option<cmp::Ordering> {
730         Some(self.cmp(other))
731     }
732 }
733 
734 impl Ord for VirtRegion {
735     fn cmp(&self, other: &Self) -> cmp::Ordering {
736         return self.start.cmp(&other.start);
737     }
738 }
739 
740 /// ## 判断虚拟地址是否超出了用户空间
741 ///
742 /// 如果虚拟地址超出了用户空间,返回Err(SystemError::EFAULT).
743 /// 如果end < start,返回Err(SystemError::EOVERFLOW)
744 ///
745 /// 否则返回Ok(())
746 pub fn verify_area(addr: VirtAddr, size: usize) -> Result<(), SystemError> {
747     let end = addr.add(size);
748     if unlikely(end.data() < addr.data()) {
749         return Err(SystemError::EOVERFLOW);
750     }
751 
752     if !addr.check_user() || !end.check_user() {
753         return Err(SystemError::EFAULT);
754     }
755 
756     return Ok(());
757 }
758