xref: /DragonOS/kernel/src/mm/mod.rs (revision a8753f8fffb992e4d3bbd21eda431081b395af6b)
1 use alloc::sync::Arc;
2 use page::EntryFlags;
3 use system_error::SystemError;
4 
5 use crate::arch::MMArch;
6 
7 use core::{
8     cmp,
9     fmt::Debug,
10     intrinsics::unlikely,
11     ops::{Add, AddAssign, Sub, SubAssign},
12     ptr,
13     sync::atomic::{AtomicBool, Ordering},
14 };
15 
16 use self::{
17     allocator::page_frame::{VirtPageFrame, VirtPageFrameIter},
18     memblock::MemoryAreaAttr,
19     page::round_up_to_page_size,
20     ucontext::{AddressSpace, LockedVMA, UserMapper},
21 };
22 
23 pub mod allocator;
24 pub mod c_adapter;
25 pub mod early_ioremap;
26 pub mod fault;
27 pub mod init;
28 pub mod kernel_mapper;
29 pub mod madvise;
30 pub mod memblock;
31 pub mod mmio_buddy;
32 pub mod no_init;
33 pub mod page;
34 pub mod percpu;
35 pub mod syscall;
36 pub mod ucontext;
37 
38 /// 内核INIT进程的用户地址空间结构体(仅在process_init中初始化)
39 static mut __IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE: Option<Arc<AddressSpace>> = None;
40 
41 bitflags! {
42     /// Virtual memory flags
43     #[allow(clippy::bad_bit_mask)]
44     pub struct VmFlags:usize{
45         const VM_NONE = 0x00000000;
46 
47         const VM_READ = 0x00000001;
48         const VM_WRITE = 0x00000002;
49         const VM_EXEC = 0x00000004;
50         const VM_SHARED = 0x00000008;
51 
52         const VM_MAYREAD = 0x00000010;
53         const VM_MAYWRITE = 0x00000020;
54         const VM_MAYEXEC = 0x00000040;
55         const VM_MAYSHARE = 0x00000080;
56 
57         const VM_GROWSDOWN = 0x00000100;
58         const VM_UFFD_MISSING = 0x00000200;
59         const VM_PFNMAP = 0x00000400;
60         const VM_UFFD_WP = 0x00001000;
61 
62         const VM_LOCKED = 0x00002000;
63         const VM_IO = 0x00004000;
64 
65         const VM_SEQ_READ = 0x00008000;
66         const VM_RAND_READ = 0x00010000;
67 
68         const VM_DONTCOPY = 0x00020000;
69         const VM_DONTEXPAND = 0x00040000;
70         const VM_LOCKONFAULT = 0x00080000;
71         const VM_ACCOUNT = 0x00100000;
72         const VM_NORESERVE = 0x00200000;
73         const VM_HUGETLB = 0x00400000;
74         const VM_SYNC = 0x00800000;
75         const VM_ARCH_1 = 0x01000000;
76         const VM_WIPEONFORK = 0x02000000;
77         const VM_DONTDUMP = 0x04000000;
78     }
79 
80     /// 描述页面错误处理过程中发生的不同情况或结果
81         pub struct VmFaultReason:u32 {
82         const VM_FAULT_OOM = 0x000001;
83         const VM_FAULT_SIGBUS = 0x000002;
84         const VM_FAULT_MAJOR = 0x000004;
85         const VM_FAULT_WRITE = 0x000008;
86         const VM_FAULT_HWPOISON = 0x000010;
87         const VM_FAULT_HWPOISON_LARGE = 0x000020;
88         const VM_FAULT_SIGSEGV = 0x000040;
89         const VM_FAULT_NOPAGE = 0x000100;
90         const VM_FAULT_LOCKED = 0x000200;
91         const VM_FAULT_RETRY = 0x000400;
92         const VM_FAULT_FALLBACK = 0x000800;
93         const VM_FAULT_DONE_COW = 0x001000;
94         const VM_FAULT_NEEDDSYNC = 0x002000;
95         const VM_FAULT_COMPLETED = 0x004000;
96         const VM_FAULT_HINDEX_MASK = 0x0f0000;
97         const VM_FAULT_ERROR = 0x000001 | 0x000002 | 0x000040 | 0x000010 | 0x000020 | 0x000800;
98     }
99 
100     pub struct MsFlags:usize {
101         const MS_ASYNC = 1;
102         const MS_INVALIDATE = 2;
103         const MS_SYNC = 4;
104     }
105 }
106 
107 impl core::ops::Index<VmFlags> for [usize] {
108     type Output = usize;
109 
110     fn index(&self, index: VmFlags) -> &Self::Output {
111         &self[index.bits]
112     }
113 }
114 
115 impl core::ops::IndexMut<VmFlags> for [usize] {
116     fn index_mut(&mut self, index: VmFlags) -> &mut Self::Output {
117         &mut self[index.bits]
118     }
119 }
120 
121 /// 获取内核IDLE进程的用户地址空间结构体
122 #[allow(non_snake_case)]
123 #[inline(always)]
124 pub fn IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE() -> Arc<AddressSpace> {
125     unsafe {
126         return __IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE
127             .as_ref()
128             .expect("IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE is null")
129             .clone();
130     }
131 }
132 
133 /// 设置内核IDLE进程的用户地址空间结构体全局变量
134 #[allow(non_snake_case)]
135 pub unsafe fn set_IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE(address_space: Arc<AddressSpace>) {
136     static INITIALIZED: AtomicBool = AtomicBool::new(false);
137     if INITIALIZED
138         .compare_exchange(false, true, Ordering::SeqCst, Ordering::Acquire)
139         .is_err()
140     {
141         panic!("IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE is already initialized");
142     }
143     __IDLE_PROCESS_ADDRESS_SPACE = Some(address_space);
144 }
145 
146 #[derive(Clone, Copy, Debug, Eq, Ord, PartialEq, PartialOrd, Hash)]
147 pub enum PageTableKind {
148     /// 用户可访问的页表
149     User,
150     /// 内核页表
151     Kernel,
152     /// x86内存虚拟化中使用的EPT
153     #[cfg(target_arch = "x86_64")]
154     EPT,
155 }
156 
157 /// 物理内存地址
158 #[derive(Clone, Copy, Eq, Ord, PartialEq, PartialOrd, Hash)]
159 #[repr(transparent)]
160 pub struct PhysAddr(usize);
161 
162 impl PhysAddr {
163     /// 最大物理地址
164     pub const MAX: Self = PhysAddr(usize::MAX);
165 
166     #[inline(always)]
167     pub const fn new(address: usize) -> Self {
168         Self(address)
169     }
170 
171     /// @brief 获取物理地址的值
172     #[inline(always)]
173     pub const fn data(&self) -> usize {
174         self.0
175     }
176 
177     /// @brief 将物理地址加上一个偏移量
178     #[inline(always)]
179     pub fn add(self, offset: usize) -> Self {
180         Self(self.0 + offset)
181     }
182 
183     /// @brief 判断物理地址是否按照指定要求对齐
184     #[inline(always)]
185     pub fn check_aligned(&self, align: usize) -> bool {
186         return self.0 & (align - 1) == 0;
187     }
188 
189     #[inline(always)]
190     pub fn is_null(&self) -> bool {
191         return self.0 == 0;
192     }
193 }
194 
195 impl Debug for PhysAddr {
196     fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter<'_>) -> core::fmt::Result {
197         write!(f, "PhysAddr({:#x})", self.0)
198     }
199 }
200 
201 impl core::ops::Add<usize> for PhysAddr {
202     type Output = Self;
203 
204     #[inline(always)]
205     fn add(self, rhs: usize) -> Self::Output {
206         return Self(self.0 + rhs);
207     }
208 }
209 
210 impl core::ops::AddAssign<usize> for PhysAddr {
211     #[inline(always)]
212     fn add_assign(&mut self, rhs: usize) {
213         self.0 += rhs;
214     }
215 }
216 
217 impl core::ops::Add<PhysAddr> for PhysAddr {
218     type Output = Self;
219 
220     #[inline(always)]
221     fn add(self, rhs: PhysAddr) -> Self::Output {
222         return Self(self.0 + rhs.0);
223     }
224 }
225 
226 impl core::ops::AddAssign<PhysAddr> for PhysAddr {
227     #[inline(always)]
228     fn add_assign(&mut self, rhs: PhysAddr) {
229         self.0 += rhs.0;
230     }
231 }
232 
233 impl core::ops::BitOrAssign<usize> for PhysAddr {
234     #[inline(always)]
235     fn bitor_assign(&mut self, rhs: usize) {
236         self.0 |= rhs;
237     }
238 }
239 
240 impl core::ops::BitOrAssign<PhysAddr> for PhysAddr {
241     #[inline(always)]
242     fn bitor_assign(&mut self, rhs: PhysAddr) {
243         self.0 |= rhs.0;
244     }
245 }
246 
247 impl core::ops::Sub<usize> for PhysAddr {
248     type Output = Self;
249 
250     #[inline(always)]
251     fn sub(self, rhs: usize) -> Self::Output {
252         return Self(self.0 - rhs);
253     }
254 }
255 
256 impl core::ops::SubAssign<usize> for PhysAddr {
257     #[inline(always)]
258     fn sub_assign(&mut self, rhs: usize) {
259         self.0 -= rhs;
260     }
261 }
262 
263 impl core::ops::Sub<PhysAddr> for PhysAddr {
264     type Output = usize;
265 
266     #[inline(always)]
267     fn sub(self, rhs: PhysAddr) -> Self::Output {
268         return self.0 - rhs.0;
269     }
270 }
271 
272 impl core::ops::SubAssign<PhysAddr> for PhysAddr {
273     #[inline(always)]
274     fn sub_assign(&mut self, rhs: PhysAddr) {
275         self.0 -= rhs.0;
276     }
277 }
278 
279 /// 虚拟内存地址
280 #[derive(Clone, Copy, Eq, Ord, PartialEq, PartialOrd, Hash)]
281 #[repr(transparent)]
282 pub struct VirtAddr(usize);
283 
284 impl VirtAddr {
285     #[inline(always)]
286     pub const fn new(address: usize) -> Self {
287         return Self(address);
288     }
289 
290     /// @brief 获取虚拟地址的值
291     #[inline(always)]
292     pub const fn data(&self) -> usize {
293         return self.0;
294     }
295 
296     /// @brief 判断虚拟地址的类型
297     #[inline(always)]
298     pub fn kind(&self) -> PageTableKind {
299         if self.check_user() {
300             return PageTableKind::User;
301         } else {
302             return PageTableKind::Kernel;
303         }
304     }
305 
306     /// @brief 判断虚拟地址是否按照指定要求对齐
307     #[inline(always)]
308     pub fn check_aligned(&self, align: usize) -> bool {
309         return self.0 & (align - 1) == 0;
310     }
311 
312     /// @brief 判断虚拟地址是否在用户空间
313     #[inline(always)]
314     pub fn check_user(&self) -> bool {
315         return self < &MMArch::USER_END_VADDR;
316     }
317 
318     #[inline(always)]
319     pub fn as_ptr<T>(self) -> *mut T {
320         return self.0 as *mut T;
321     }
322 
323     #[inline(always)]
324     pub fn is_null(&self) -> bool {
325         return self.0 == 0;
326     }
327 }
328 
329 impl Add<VirtAddr> for VirtAddr {
330     type Output = Self;
331 
332     #[inline(always)]
333     fn add(self, rhs: VirtAddr) -> Self::Output {
334         return Self(self.0 + rhs.0);
335     }
336 }
337 
338 impl Add<usize> for VirtAddr {
339     type Output = Self;
340 
341     #[inline(always)]
342     fn add(self, rhs: usize) -> Self::Output {
343         return Self(self.0 + rhs);
344     }
345 }
346 
347 impl Sub<VirtAddr> for VirtAddr {
348     type Output = usize;
349 
350     #[inline(always)]
351     fn sub(self, rhs: VirtAddr) -> Self::Output {
352         return self.0 - rhs.0;
353     }
354 }
355 
356 impl Sub<usize> for VirtAddr {
357     type Output = Self;
358 
359     #[inline(always)]
360     fn sub(self, rhs: usize) -> Self::Output {
361         return Self(self.0 - rhs);
362     }
363 }
364 
365 impl AddAssign<usize> for VirtAddr {
366     #[inline(always)]
367     fn add_assign(&mut self, rhs: usize) {
368         self.0 += rhs;
369     }
370 }
371 
372 impl AddAssign<VirtAddr> for VirtAddr {
373     #[inline(always)]
374     fn add_assign(&mut self, rhs: VirtAddr) {
375         self.0 += rhs.0;
376     }
377 }
378 
379 impl SubAssign<usize> for VirtAddr {
380     #[inline(always)]
381     fn sub_assign(&mut self, rhs: usize) {
382         self.0 -= rhs;
383     }
384 }
385 
386 impl SubAssign<VirtAddr> for VirtAddr {
387     #[inline(always)]
388     fn sub_assign(&mut self, rhs: VirtAddr) {
389         self.0 -= rhs.0;
390     }
391 }
392 
393 impl Debug for VirtAddr {
394     fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter<'_>) -> core::fmt::Result {
395         write!(f, "VirtAddr({:#x})", self.0)
396     }
397 }
398 
399 /// @brief 物理内存区域
400 #[derive(Clone, Copy, Debug)]
401 pub struct PhysMemoryArea {
402     /// 物理基地址
403     pub base: PhysAddr,
404     /// 该区域的物理内存大小
405     pub size: usize,
406 
407     pub flags: MemoryAreaAttr,
408 }
409 
410 impl PhysMemoryArea {
411     pub const DEFAULT: Self = Self {
412         base: PhysAddr::new(0),
413         size: 0,
414         flags: MemoryAreaAttr::empty(),
415     };
416 
417     pub fn new(base: PhysAddr, size: usize, flags: MemoryAreaAttr) -> Self {
418         Self { base, size, flags }
419     }
420 
421     /// 返回向上页面对齐的区域起始物理地址
422     pub fn area_base_aligned(&self) -> PhysAddr {
423         return PhysAddr::new(
424             (self.base.data() + (MMArch::PAGE_SIZE - 1)) & !(MMArch::PAGE_SIZE - 1),
425         );
426     }
427 
428     /// 返回向下页面对齐的区域截止物理地址
429     pub fn area_end_aligned(&self) -> PhysAddr {
430         return PhysAddr::new((self.base.data() + self.size) & !(MMArch::PAGE_SIZE - 1));
431     }
432 }
433 
434 impl Default for PhysMemoryArea {
435     fn default() -> Self {
436         return Self::DEFAULT;
437     }
438 }
439 
440 #[allow(dead_code)]
441 pub trait MemoryManagementArch: Clone + Copy + Debug {
442     /// 是否支持缺页中断
443     const PAGE_FAULT_ENABLED: bool;
444     /// 页面大小的shift(假如页面4K,那么这个值就是12,因为2^12=4096)
445     const PAGE_SHIFT: usize;
446     /// 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
447     const PAGE_ENTRY_SHIFT: usize;
448     /// 页表层级数量
449     const PAGE_LEVELS: usize;
450 
451     /// 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)
452     const ENTRY_ADDRESS_SHIFT: usize;
453     /// 页面的页表项的默认值
454     const ENTRY_FLAG_DEFAULT_PAGE: usize;
455     /// 页表的页表项的默认值
456     const ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE: usize;
457     /// 页表项的present位被置位之后的值
458     const ENTRY_FLAG_PRESENT: usize;
459     /// 页表项为read only时的值
460     const ENTRY_FLAG_READONLY: usize;
461     /// 页表项的write bit
462     const ENTRY_FLAG_WRITEABLE: usize;
463     /// 页表项为可读写状态的值
464     const ENTRY_FLAG_READWRITE: usize;
465     /// 页面项标记页面为user page的值
466     const ENTRY_FLAG_USER: usize;
467     /// 页面项标记页面为write through的值
468     const ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH: usize;
469     /// 页面项标记页面为cache disable的值
470     const ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE: usize;
471     /// 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)
472     const ENTRY_FLAG_NO_EXEC: usize;
473     /// 标记当前页面可执行的标志位(Execute enable)
474     const ENTRY_FLAG_EXEC: usize;
475     /// 当该位为1时,标明这是一个脏页
476     const ENTRY_FLAG_DIRTY: usize;
477     /// 当该位为1时,代表这个页面被处理器访问过
478     const ENTRY_FLAG_ACCESSED: usize;
479     /// 标记该页表项指向的页是否为大页
480     const ENTRY_FLAG_HUGE_PAGE: usize;
481     /// 当该位为1时,代表该页表项是全局的
482     const ENTRY_FLAG_GLOBAL: usize;
483 
484     /// 虚拟地址与物理地址的偏移量
485     const PHYS_OFFSET: usize;
486 
487     /// 内核在链接时被链接到的偏移量
488     const KERNEL_LINK_OFFSET: usize;
489 
490     const KERNEL_VIRT_START: usize = Self::PHYS_OFFSET + Self::KERNEL_LINK_OFFSET;
491 
492     /// 每个页面的大小
493     const PAGE_SIZE: usize = 1 << Self::PAGE_SHIFT;
494     /// 通过这个mask,获取地址的页内偏移量
495     const PAGE_OFFSET_MASK: usize = Self::PAGE_SIZE - 1;
496     /// 通过这个mask,获取页的首地址
497     const PAGE_MASK: usize = !(Self::PAGE_OFFSET_MASK);
498     /// 页表项的地址、数据部分的shift。
499     /// 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
500     const PAGE_ADDRESS_SHIFT: usize = Self::PAGE_LEVELS * Self::PAGE_ENTRY_SHIFT + Self::PAGE_SHIFT;
501     /// 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)
502     const PAGE_ADDRESS_SIZE: usize = 1 << Self::PAGE_ADDRESS_SHIFT;
503     /// 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
504     const PAGE_ADDRESS_MASK: usize = Self::PAGE_ADDRESS_SIZE - Self::PAGE_SIZE;
505     /// 每个页表项的大小
506     const PAGE_ENTRY_SIZE: usize = 1 << (Self::PAGE_SHIFT - Self::PAGE_ENTRY_SHIFT);
507     /// 每个页表的页表项数目
508     const PAGE_ENTRY_NUM: usize = 1 << Self::PAGE_ENTRY_SHIFT;
509     /// 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
510     const PAGE_ENTRY_MASK: usize = Self::PAGE_ENTRY_NUM - 1;
511     /// 内核页表在顶级页表的第一个页表项的索引
512     const PAGE_KERNEL_INDEX: usize = (Self::PHYS_OFFSET & Self::PAGE_ADDRESS_MASK)
513         >> (Self::PAGE_ADDRESS_SHIFT - Self::PAGE_ENTRY_SHIFT);
514 
515     const PAGE_NEGATIVE_MASK: usize = !((Self::PAGE_ADDRESS_SIZE) - 1);
516 
517     const ENTRY_ADDRESS_SIZE: usize = 1 << Self::ENTRY_ADDRESS_SHIFT;
518     /// 该mask用于获取页表项中地址字段
519     const ENTRY_ADDRESS_MASK: usize = Self::ENTRY_ADDRESS_SIZE - Self::PAGE_SIZE;
520     /// 这个mask用于获取页表项中的flags
521     const ENTRY_FLAGS_MASK: usize = !Self::ENTRY_ADDRESS_MASK;
522 
523     /// 用户空间的最高地址
524     const USER_END_VADDR: VirtAddr;
525     /// 用户堆的起始地址
526     const USER_BRK_START: VirtAddr;
527     /// 用户栈起始地址(向下生长,不包含该值)
528     const USER_STACK_START: VirtAddr;
529 
530     /// 内核的固定映射区的起始地址
531     const FIXMAP_START_VADDR: VirtAddr;
532     /// 内核的固定映射区的大小
533     const FIXMAP_SIZE: usize;
534     /// 内核的固定映射区的结束地址
535     const FIXMAP_END_VADDR: VirtAddr =
536         VirtAddr::new(Self::FIXMAP_START_VADDR.data() + Self::FIXMAP_SIZE);
537 
538     /// MMIO虚拟空间的基地址
539     const MMIO_BASE: VirtAddr;
540     /// MMIO虚拟空间的大小
541     const MMIO_SIZE: usize;
542     /// MMIO虚拟空间的顶端地址(不包含)
543     const MMIO_TOP: VirtAddr = VirtAddr::new(Self::MMIO_BASE.data() + Self::MMIO_SIZE);
544 
545     /// @brief 用于初始化内存管理模块与架构相关的信息。
546     /// 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
547     unsafe fn init();
548 
549     /// 内存管理初始化完成后,调用该函数
550     unsafe fn arch_post_init() {}
551 
552     /// @brief 读取指定虚拟地址的值,并假设它是类型T的指针
553     #[inline(always)]
554     unsafe fn read<T>(address: VirtAddr) -> T {
555         return ptr::read(address.data() as *const T);
556     }
557 
558     /// @brief 将value写入到指定的虚拟地址
559     #[inline(always)]
560     unsafe fn write<T>(address: VirtAddr, value: T) {
561         ptr::write(address.data() as *mut T, value);
562     }
563 
564     #[inline(always)]
565     unsafe fn write_bytes(address: VirtAddr, value: u8, count: usize) {
566         ptr::write_bytes(address.data() as *mut u8, value, count);
567     }
568 
569     /// @brief 刷新TLB中,关于指定虚拟地址的条目
570     unsafe fn invalidate_page(address: VirtAddr);
571 
572     /// @brief 刷新TLB中,所有的条目
573     unsafe fn invalidate_all();
574 
575     /// @brief 获取顶级页表的物理地址
576     unsafe fn table(table_kind: PageTableKind) -> PhysAddr;
577 
578     /// @brief 设置顶级页表的物理地址到处理器中
579     unsafe fn set_table(table_kind: PageTableKind, table: PhysAddr);
580 
581     /// @brief 将物理地址转换为虚拟地址.
582     ///
583     /// @param phys 物理地址
584     ///
585     /// @return 转换后的虚拟地址。如果转换失败,返回None
586     #[inline(always)]
587     unsafe fn phys_2_virt(phys: PhysAddr) -> Option<VirtAddr> {
588         if let Some(vaddr) = phys.data().checked_add(Self::PHYS_OFFSET) {
589             return Some(VirtAddr::new(vaddr));
590         } else {
591             return None;
592         }
593     }
594 
595     /// 将虚拟地址转换为物理地址
596     ///
597     /// ## 参数
598     ///
599     /// - `virt` 虚拟地址
600     ///
601     /// ## 返回值
602     ///
603     /// 转换后的物理地址。如果转换失败,返回None
604     #[inline(always)]
605     unsafe fn virt_2_phys(virt: VirtAddr) -> Option<PhysAddr> {
606         if let Some(paddr) = virt.data().checked_sub(Self::PHYS_OFFSET) {
607             return Some(PhysAddr::new(paddr));
608         } else {
609             return None;
610         }
611     }
612 
613     /// @brief 判断指定的虚拟地址是否正确(符合规范)
614     fn virt_is_valid(virt: VirtAddr) -> bool;
615 
616     /// 获取内存管理初始化时,创建的第一个内核页表的地址
617     fn initial_page_table() -> PhysAddr;
618 
619     /// 初始化新的usermapper,为用户进程创建页表
620     fn setup_new_usermapper() -> Result<UserMapper, SystemError>;
621 
622     /// 创建页表项
623     ///
624     /// 这是一个低阶api,用于根据物理地址以及指定好的EntryFlags,创建页表项
625     ///
626     /// ## 参数
627     ///
628     /// - `paddr` 物理地址
629     /// - `page_flags` 页表项的flags
630     ///
631     /// ## 返回值
632     ///
633     /// 页表项的值
634     fn make_entry(paddr: PhysAddr, page_flags: usize) -> usize;
635 
636     /// 判断一个VMA是否允许访问
637     ///
638     /// ## 参数
639     ///
640     /// - `vma`: 进行判断的VMA
641     /// - `write`: 是否需要写入权限(true 表示需要写权限)
642     /// - `execute`: 是否需要执行权限(true 表示需要执行权限)
643     /// - `foreign`: 是否是外部的(即非当前进程的)VMA
644     ///
645     /// ## 返回值
646     /// - `true`: VMA允许访问
647     /// - `false`: 错误的说明
648     fn vma_access_permitted(
649         _vma: Arc<LockedVMA>,
650         _write: bool,
651         _execute: bool,
652         _foreign: bool,
653     ) -> bool {
654         true
655     }
656 
657     const PAGE_NONE: usize;
658     const PAGE_SHARED: usize;
659     const PAGE_SHARED_EXEC: usize;
660     const PAGE_COPY_NOEXEC: usize;
661     const PAGE_COPY_EXEC: usize;
662     const PAGE_COPY: usize;
663     const PAGE_READONLY: usize;
664     const PAGE_READONLY_EXEC: usize;
665 
666     const PAGE_READ: usize;
667     const PAGE_READ_EXEC: usize;
668     const PAGE_WRITE: usize;
669     const PAGE_WRITE_EXEC: usize;
670     const PAGE_EXEC: usize;
671 
672     const PROTECTION_MAP: [EntryFlags<Self>; 16];
673 
674     /// 页面保护标志转换函数
675     /// ## 参数
676     ///
677     /// - `vm_flags`: VmFlags标志
678     ///
679     /// ## 返回值
680     /// - EntryFlags: 页面的保护位
681     fn vm_get_page_prot(vm_flags: VmFlags) -> EntryFlags<Self> {
682         let map = Self::PROTECTION_MAP;
683         let mut ret = map[vm_flags
684             .intersection(
685                 VmFlags::VM_READ | VmFlags::VM_WRITE | VmFlags::VM_EXEC | VmFlags::VM_SHARED,
686             )
687             .bits()];
688 
689         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
690         {
691             // 如果xd位被保留,那么将可执行性设置为true
692             if crate::arch::mm::X86_64MMArch::is_xd_reserved() {
693                 ret = ret.set_execute(true);
694             }
695         }
696         ret
697     }
698 }
699 
700 /// @brief 虚拟地址范围
701 /// 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
702 ///
703 /// 请注意与VMA进行区分,该结构体被VMA所包含
704 #[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, Eq, Hash)]
705 pub struct VirtRegion {
706     start: VirtAddr,
707     size: usize,
708 }
709 
710 #[allow(dead_code)]
711 impl VirtRegion {
712     /// # 创建一个新的虚拟地址范围
713     pub fn new(start: VirtAddr, size: usize) -> Self {
714         VirtRegion { start, size }
715     }
716 
717     /// 获取虚拟地址范围的起始地址
718     #[inline(always)]
719     pub fn start(&self) -> VirtAddr {
720         self.start
721     }
722 
723     /// 获取虚拟地址范围的截止地址(不包括返回的地址)
724     #[inline(always)]
725     pub fn end(&self) -> VirtAddr {
726         return self.start().add(self.size);
727     }
728 
729     /// # Create a new VirtRegion from a range [start, end)
730     ///
731     /// If end <= start, return None
732     pub fn between(start: VirtAddr, end: VirtAddr) -> Option<Self> {
733         if unlikely(end.data() <= start.data()) {
734             return None;
735         }
736         let size = end.data() - start.data();
737         return Some(VirtRegion::new(start, size));
738     }
739 
740     /// # 取两个虚拟地址范围的交集
741     ///
742     /// 如果两个虚拟地址范围没有交集,返回None
743     pub fn intersect(&self, other: &VirtRegion) -> Option<VirtRegion> {
744         let start = self.start.max(other.start);
745         let end = self.end().min(other.end());
746         return VirtRegion::between(start, end);
747     }
748 
749     /// 设置虚拟地址范围的起始地址
750     #[inline(always)]
751     pub fn set_start(&mut self, start: VirtAddr) {
752         self.start = start;
753     }
754 
755     #[inline(always)]
756     pub fn size(&self) -> usize {
757         self.size
758     }
759 
760     /// 设置虚拟地址范围的大小
761     #[inline(always)]
762     pub fn set_size(&mut self, size: usize) {
763         self.size = size;
764     }
765 
766     /// 判断虚拟地址范围是否为空
767     #[inline(always)]
768     pub fn is_empty(&self) -> bool {
769         self.size == 0
770     }
771 
772     /// 将虚拟地址区域的大小向上对齐到页大小
773     #[inline(always)]
774     pub fn round_up_size_to_page(self) -> Self {
775         return VirtRegion::new(self.start, round_up_to_page_size(self.size));
776     }
777 
778     /// 判断两个虚拟地址范围是否由于具有交集而导致冲突
779     #[inline(always)]
780     pub fn collide(&self, other: &VirtRegion) -> bool {
781         return self.intersect(other).is_some();
782     }
783 
784     pub fn iter_pages(&self) -> VirtPageFrameIter {
785         return VirtPageFrame::iter_range(
786             VirtPageFrame::new(self.start),
787             VirtPageFrame::new(self.end()),
788         );
789     }
790 
791     /// 获取[self.start(), region.start())的虚拟地址范围
792     ///
793     /// 如果self.start() >= region.start(),返回None
794     pub fn before(self, region: &VirtRegion) -> Option<Self> {
795         return Self::between(self.start(), region.start());
796     }
797 
798     /// 获取[region.end(),self.end())的虚拟地址范围
799     ///
800     /// 如果 self.end() >= region.end() ,返回None
801     pub fn after(self, region: &VirtRegion) -> Option<Self> {
802         // if self.end() > region.end() none
803         return Self::between(region.end(), self.end());
804     }
805 
806     /// 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
807     ///
808     /// 如果vaddr不在当前虚拟地址范围内,返回None
809     ///
810     /// 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
811     pub fn rebase(self, vaddr: VirtAddr, new_base: &VirtRegion) -> Option<VirtAddr> {
812         if !self.contains(vaddr) {
813             return None;
814         }
815         let offset = vaddr.data() - self.start().data();
816         let new_start = new_base.start().data() + offset;
817         return Some(VirtAddr::new(new_start));
818     }
819 
820     /// 判断虚拟地址范围是否包含指定的虚拟地址
821     pub fn contains(&self, addr: VirtAddr) -> bool {
822         return self.start() <= addr && addr < self.end();
823     }
824 
825     /// 创建当前虚拟地址范围的页面迭代器
826     pub fn pages(&self) -> VirtPageFrameIter {
827         return VirtPageFrame::iter_range(
828             VirtPageFrame::new(self.start()),
829             VirtPageFrame::new(self.end()),
830         );
831     }
832 }
833 
834 impl PartialOrd for VirtRegion {
835     fn partial_cmp(&self, other: &Self) -> Option<cmp::Ordering> {
836         Some(self.cmp(other))
837     }
838 }
839 
840 impl Ord for VirtRegion {
841     fn cmp(&self, other: &Self) -> cmp::Ordering {
842         return self.start.cmp(&other.start);
843     }
844 }
845 
846 /// ## 判断虚拟地址是否超出了用户空间
847 ///
848 /// 如果虚拟地址超出了用户空间,返回Err(SystemError::EFAULT).
849 /// 如果end < start,返回Err(SystemError::EOVERFLOW)
850 ///
851 /// 否则返回Ok(())
852 pub fn verify_area(addr: VirtAddr, size: usize) -> Result<(), SystemError> {
853     let end = addr.add(size);
854     if unlikely(end.data() < addr.data()) {
855         return Err(SystemError::EOVERFLOW);
856     }
857 
858     if !addr.check_user() || !end.check_user() {
859         return Err(SystemError::EFAULT);
860     }
861 
862     return Ok(());
863 }
864