xref: /DragonOS/kernel/src/mm/page.rs (revision 23ef2b33d1e3cfd2506eb7449a33df4ec42f11d3)
140fe15e0SLoGin use core::{
240fe15e0SLoGin     fmt::{self, Debug, Error, Formatter},
340fe15e0SLoGin     marker::PhantomData,
440fe15e0SLoGin     mem,
540fe15e0SLoGin     ops::Add,
640fe15e0SLoGin     sync::atomic::{compiler_fence, Ordering},
740fe15e0SLoGin };
840fe15e0SLoGin 
956cc4dbeSJomo use alloc::sync::Arc;
1056cc4dbeSJomo use hashbrown::{HashMap, HashSet};
1156cc4dbeSJomo 
1240fe15e0SLoGin use crate::{
1340fe15e0SLoGin     arch::{interrupt::ipi::send_ipi, MMArch},
1440fe15e0SLoGin     exception::ipi::{IpiKind, IpiTarget},
1540fe15e0SLoGin     kerror, kwarn,
1656cc4dbeSJomo     libs::spinlock::{SpinLock, SpinLockGuard},
1740fe15e0SLoGin };
1840fe15e0SLoGin 
1940fe15e0SLoGin use super::{
2056cc4dbeSJomo     allocator::page_frame::FrameAllocator, syscall::ProtFlags, ucontext::LockedVMA,
2156cc4dbeSJomo     MemoryManagementArch, PageTableKind, PhysAddr, VirtAddr,
2240fe15e0SLoGin };
2340fe15e0SLoGin 
24*23ef2b33SLoGin pub const PAGE_4K_SHIFT: usize = 12;
25*23ef2b33SLoGin #[allow(dead_code)]
26*23ef2b33SLoGin pub const PAGE_2M_SHIFT: usize = 21;
27*23ef2b33SLoGin pub const PAGE_1G_SHIFT: usize = 30;
28*23ef2b33SLoGin 
2956cc4dbeSJomo /// 全局物理页信息管理器
3056cc4dbeSJomo pub static mut PAGE_MANAGER: Option<SpinLock<PageManager>> = None;
3156cc4dbeSJomo 
3256cc4dbeSJomo /// 初始化PAGE_MANAGER
3356cc4dbeSJomo pub fn page_manager_init() {
3456cc4dbeSJomo     kinfo!("page_manager_init");
3556cc4dbeSJomo     let page_manager = SpinLock::new(PageManager::new());
3656cc4dbeSJomo 
3756cc4dbeSJomo     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
3856cc4dbeSJomo     unsafe { PAGE_MANAGER = Some(page_manager) };
3956cc4dbeSJomo     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4056cc4dbeSJomo 
4156cc4dbeSJomo     kinfo!("page_manager_init done");
4256cc4dbeSJomo }
4356cc4dbeSJomo 
4456cc4dbeSJomo pub fn page_manager_lock_irasave() -> SpinLockGuard<'static, PageManager> {
4556cc4dbeSJomo     unsafe { PAGE_MANAGER.as_ref().unwrap().lock_irqsave() }
4656cc4dbeSJomo }
4756cc4dbeSJomo 
4856cc4dbeSJomo // 物理页管理器
4956cc4dbeSJomo pub struct PageManager {
5056cc4dbeSJomo     phys2page: HashMap<PhysAddr, Page>,
5156cc4dbeSJomo }
5256cc4dbeSJomo 
5356cc4dbeSJomo impl PageManager {
5456cc4dbeSJomo     pub fn new() -> Self {
5556cc4dbeSJomo         Self {
5656cc4dbeSJomo             phys2page: HashMap::new(),
5756cc4dbeSJomo         }
5856cc4dbeSJomo     }
5956cc4dbeSJomo 
6056cc4dbeSJomo     pub fn get_mut(&mut self, paddr: &PhysAddr) -> &mut Page {
6156cc4dbeSJomo         self.phys2page.get_mut(paddr).unwrap()
6256cc4dbeSJomo     }
6356cc4dbeSJomo 
6456cc4dbeSJomo     pub fn insert(&mut self, paddr: PhysAddr, page: Page) {
6556cc4dbeSJomo         self.phys2page.insert(paddr, page);
6656cc4dbeSJomo     }
6756cc4dbeSJomo 
6856cc4dbeSJomo     pub fn remove_page(&mut self, paddr: &PhysAddr) {
6956cc4dbeSJomo         self.phys2page.remove(paddr);
7056cc4dbeSJomo     }
7156cc4dbeSJomo }
7256cc4dbeSJomo 
7356cc4dbeSJomo /// 物理页面信息
7456cc4dbeSJomo pub struct Page {
7556cc4dbeSJomo     /// 映射计数
7656cc4dbeSJomo     map_count: usize,
7756cc4dbeSJomo     /// 是否为共享页
7856cc4dbeSJomo     shared: bool,
7956cc4dbeSJomo     /// 映射到当前page的VMA
8056cc4dbeSJomo     anon_vma: HashSet<Arc<LockedVMA>>,
8156cc4dbeSJomo }
8256cc4dbeSJomo 
8356cc4dbeSJomo impl Page {
8456cc4dbeSJomo     pub fn new(shared: bool) -> Self {
8556cc4dbeSJomo         Self {
8656cc4dbeSJomo             map_count: 0,
8756cc4dbeSJomo             shared,
8856cc4dbeSJomo             anon_vma: HashSet::new(),
8956cc4dbeSJomo         }
9056cc4dbeSJomo     }
9156cc4dbeSJomo 
9256cc4dbeSJomo     /// 将vma加入anon_vma
9356cc4dbeSJomo     pub fn insert_vma(&mut self, vma: Arc<LockedVMA>) {
9456cc4dbeSJomo         self.anon_vma.insert(vma);
9556cc4dbeSJomo         self.map_count += 1;
9656cc4dbeSJomo     }
9756cc4dbeSJomo 
9856cc4dbeSJomo     /// 将vma从anon_vma中删去
9956cc4dbeSJomo     pub fn remove_vma(&mut self, vma: &LockedVMA) {
10056cc4dbeSJomo         self.anon_vma.remove(vma);
10156cc4dbeSJomo         self.map_count -= 1;
10256cc4dbeSJomo     }
10356cc4dbeSJomo 
10456cc4dbeSJomo     /// 判断当前物理页是否能被回
10556cc4dbeSJomo     pub fn can_deallocate(&self) -> bool {
10656cc4dbeSJomo         self.map_count == 0 && !self.shared
10756cc4dbeSJomo     }
10856cc4dbeSJomo }
10956cc4dbeSJomo 
11040fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
11140fe15e0SLoGin pub struct PageTable<Arch> {
11240fe15e0SLoGin     /// 当前页表表示的虚拟地址空间的起始地址
11340fe15e0SLoGin     base: VirtAddr,
11440fe15e0SLoGin     /// 当前页表所在的物理地址
11540fe15e0SLoGin     phys: PhysAddr,
11640fe15e0SLoGin     /// 当前页表的层级(请注意,最顶级页表的level为[Arch::PAGE_LEVELS - 1])
11740fe15e0SLoGin     level: usize,
11840fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
11940fe15e0SLoGin }
12040fe15e0SLoGin 
12140fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
12240fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageTable<Arch> {
12340fe15e0SLoGin     pub unsafe fn new(base: VirtAddr, phys: PhysAddr, level: usize) -> Self {
12440fe15e0SLoGin         Self {
12540fe15e0SLoGin             base,
12640fe15e0SLoGin             phys,
12740fe15e0SLoGin             level,
12840fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
12940fe15e0SLoGin         }
13040fe15e0SLoGin     }
13140fe15e0SLoGin 
13240fe15e0SLoGin     /// 获取顶级页表
13340fe15e0SLoGin     ///
13440fe15e0SLoGin     /// ## 参数
13540fe15e0SLoGin     ///
13640fe15e0SLoGin     /// - table_kind 页表类型
13740fe15e0SLoGin     ///
13840fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
13940fe15e0SLoGin     ///
14040fe15e0SLoGin     /// 返回顶级页表
14140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn top_level_table(table_kind: PageTableKind) -> Self {
14240fe15e0SLoGin         return Self::new(
14340fe15e0SLoGin             VirtAddr::new(0),
14440fe15e0SLoGin             Arch::table(table_kind),
14540fe15e0SLoGin             Arch::PAGE_LEVELS - 1,
14640fe15e0SLoGin         );
14740fe15e0SLoGin     }
14840fe15e0SLoGin 
14940fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的物理地址
15040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
15140fe15e0SLoGin     pub fn phys(&self) -> PhysAddr {
15240fe15e0SLoGin         self.phys
15340fe15e0SLoGin     }
15440fe15e0SLoGin 
15540fe15e0SLoGin     /// 当前页表表示的虚拟地址空间的起始地址
15640fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
15740fe15e0SLoGin     pub fn base(&self) -> VirtAddr {
15840fe15e0SLoGin         self.base
15940fe15e0SLoGin     }
16040fe15e0SLoGin 
16140fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的层级
16240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
16340fe15e0SLoGin     pub fn level(&self) -> usize {
16440fe15e0SLoGin         self.level
16540fe15e0SLoGin     }
16640fe15e0SLoGin 
16740fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表自身所在的虚拟地址
16840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
16940fe15e0SLoGin     pub unsafe fn virt(&self) -> VirtAddr {
17040fe15e0SLoGin         return Arch::phys_2_virt(self.phys).unwrap();
17140fe15e0SLoGin     }
17240fe15e0SLoGin 
17340fe15e0SLoGin     /// 获取第i个页表项所表示的虚拟内存空间的起始地址
17440fe15e0SLoGin     pub fn entry_base(&self, i: usize) -> Option<VirtAddr> {
17540fe15e0SLoGin         if i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM {
17640fe15e0SLoGin             let shift = self.level * Arch::PAGE_ENTRY_SHIFT + Arch::PAGE_SHIFT;
17740fe15e0SLoGin             return Some(self.base.add(i << shift));
17840fe15e0SLoGin         } else {
17940fe15e0SLoGin             return None;
18040fe15e0SLoGin         }
18140fe15e0SLoGin     }
18240fe15e0SLoGin 
18340fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的第i个页表项所在的虚拟地址(注意与entry_base进行区分)
18440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn entry_virt(&self, i: usize) -> Option<VirtAddr> {
18540fe15e0SLoGin         if i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM {
18640fe15e0SLoGin             return Some(self.virt().add(i * Arch::PAGE_ENTRY_SIZE));
18740fe15e0SLoGin         } else {
18840fe15e0SLoGin             return None;
18940fe15e0SLoGin         }
19040fe15e0SLoGin     }
19140fe15e0SLoGin 
19240fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的第i个页表项
19340fe15e0SLoGin     pub unsafe fn entry(&self, i: usize) -> Option<PageEntry<Arch>> {
19440fe15e0SLoGin         let entry_virt = self.entry_virt(i)?;
1957a29d4fcSLoGin         return Some(PageEntry::from_usize(Arch::read::<usize>(entry_virt)));
19640fe15e0SLoGin     }
19740fe15e0SLoGin 
19840fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表的第i个页表项
19940fe15e0SLoGin     pub unsafe fn set_entry(&self, i: usize, entry: PageEntry<Arch>) -> Option<()> {
20040fe15e0SLoGin         let entry_virt = self.entry_virt(i)?;
20140fe15e0SLoGin         Arch::write::<usize>(entry_virt, entry.data());
20240fe15e0SLoGin         return Some(());
20340fe15e0SLoGin     }
20440fe15e0SLoGin 
20540fe15e0SLoGin     /// 判断当前页表的第i个页表项是否已经填写了值
20640fe15e0SLoGin     ///
20740fe15e0SLoGin     /// ## 参数
20840fe15e0SLoGin     /// - Some(true) 如果已经填写了值
20940fe15e0SLoGin     /// - Some(false) 如果未填写值
21040fe15e0SLoGin     /// - None 如果i超出了页表项的范围
21140fe15e0SLoGin     pub fn entry_mapped(&self, i: usize) -> Option<bool> {
21240fe15e0SLoGin         let etv = unsafe { self.entry_virt(i) }?;
21340fe15e0SLoGin         if unsafe { Arch::read::<usize>(etv) } != 0 {
21440fe15e0SLoGin             return Some(true);
21540fe15e0SLoGin         } else {
21640fe15e0SLoGin             return Some(false);
21740fe15e0SLoGin         }
21840fe15e0SLoGin     }
21940fe15e0SLoGin 
22040fe15e0SLoGin     /// 根据虚拟地址,获取对应的页表项在页表中的下标
22140fe15e0SLoGin     ///
22240fe15e0SLoGin     /// ## 参数
22340fe15e0SLoGin     ///
22440fe15e0SLoGin     /// - addr: 虚拟地址
22540fe15e0SLoGin     ///
22640fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
22740fe15e0SLoGin     ///
22840fe15e0SLoGin     /// 页表项在页表中的下标。如果addr不在当前页表所表示的虚拟地址空间中,则返回None
22940fe15e0SLoGin     pub unsafe fn index_of(&self, addr: VirtAddr) -> Option<usize> {
23040fe15e0SLoGin         let addr = VirtAddr::new(addr.data() & Arch::PAGE_ADDRESS_MASK);
23140fe15e0SLoGin         let shift = self.level * Arch::PAGE_ENTRY_SHIFT + Arch::PAGE_SHIFT;
23240fe15e0SLoGin 
23340fe15e0SLoGin         let mask = (MMArch::PAGE_ENTRY_NUM << shift) - 1;
23440fe15e0SLoGin         if addr < self.base || addr >= self.base.add(mask) {
23540fe15e0SLoGin             return None;
23640fe15e0SLoGin         } else {
23740fe15e0SLoGin             return Some((addr.data() >> shift) & MMArch::PAGE_ENTRY_MASK);
23840fe15e0SLoGin         }
23940fe15e0SLoGin     }
24040fe15e0SLoGin 
24140fe15e0SLoGin     /// 获取第i个页表项指向的下一级页表
24240fe15e0SLoGin     pub unsafe fn next_level_table(&self, index: usize) -> Option<Self> {
24340fe15e0SLoGin         if self.level == 0 {
24440fe15e0SLoGin             return None;
24540fe15e0SLoGin         }
24640fe15e0SLoGin 
24740fe15e0SLoGin         // 返回下一级页表
24840fe15e0SLoGin         return Some(PageTable::new(
24940fe15e0SLoGin             self.entry_base(index)?,
25040fe15e0SLoGin             self.entry(index)?.address().ok()?,
25140fe15e0SLoGin             self.level - 1,
25240fe15e0SLoGin         ));
25340fe15e0SLoGin     }
25440fe15e0SLoGin }
25540fe15e0SLoGin 
25640fe15e0SLoGin /// 页表项
25740fe15e0SLoGin #[derive(Copy, Clone)]
25840fe15e0SLoGin pub struct PageEntry<Arch> {
25940fe15e0SLoGin     data: usize,
26040fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
26140fe15e0SLoGin }
26240fe15e0SLoGin 
26340fe15e0SLoGin impl<Arch> Debug for PageEntry<Arch> {
26440fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> Result<(), Error> {
26540fe15e0SLoGin         f.write_fmt(format_args!("PageEntry({:#x})", self.data))
26640fe15e0SLoGin     }
26740fe15e0SLoGin }
26840fe15e0SLoGin 
26940fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageEntry<Arch> {
27040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
2717a29d4fcSLoGin     pub fn new(paddr: PhysAddr, flags: PageFlags<Arch>) -> Self {
2727a29d4fcSLoGin         Self {
2737a29d4fcSLoGin             data: MMArch::make_entry(paddr, flags.data()),
2747a29d4fcSLoGin             phantom: PhantomData,
2757a29d4fcSLoGin         }
2767a29d4fcSLoGin     }
2777a29d4fcSLoGin     #[inline(always)]
2787a29d4fcSLoGin     pub fn from_usize(data: usize) -> Self {
27940fe15e0SLoGin         Self {
28040fe15e0SLoGin             data,
28140fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
28240fe15e0SLoGin         }
28340fe15e0SLoGin     }
28440fe15e0SLoGin 
28540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
28640fe15e0SLoGin     pub fn data(&self) -> usize {
28740fe15e0SLoGin         self.data
28840fe15e0SLoGin     }
28940fe15e0SLoGin 
29040fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项指向的物理地址
29140fe15e0SLoGin     ///
29240fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
29340fe15e0SLoGin     ///
29440fe15e0SLoGin     /// - Ok(PhysAddr) 如果当前页面存在于物理内存中, 返回物理地址
29540fe15e0SLoGin     /// - Err(PhysAddr) 如果当前页表项不存在, 返回物理地址
29640fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
29740fe15e0SLoGin     pub fn address(&self) -> Result<PhysAddr, PhysAddr> {
2987a29d4fcSLoGin         let paddr: PhysAddr = {
2997a29d4fcSLoGin             #[cfg(target_arch = "x86_64")]
3007a29d4fcSLoGin             {
3017a29d4fcSLoGin                 PhysAddr::new(self.data & Arch::PAGE_ADDRESS_MASK)
3027a29d4fcSLoGin             }
3037a29d4fcSLoGin 
3047a29d4fcSLoGin             #[cfg(target_arch = "riscv64")]
3057a29d4fcSLoGin             {
306453452ccSLoGin                 let ppn = ((self.data & (!((1 << 10) - 1))) >> 10) & ((1 << 54) - 1);
3077a29d4fcSLoGin                 super::allocator::page_frame::PhysPageFrame::from_ppn(ppn).phys_address()
3087a29d4fcSLoGin             }
3097a29d4fcSLoGin         };
31040fe15e0SLoGin 
31140fe15e0SLoGin         if self.present() {
31240fe15e0SLoGin             Ok(paddr)
31340fe15e0SLoGin         } else {
31440fe15e0SLoGin             Err(paddr)
31540fe15e0SLoGin         }
31640fe15e0SLoGin     }
31740fe15e0SLoGin 
31840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
31940fe15e0SLoGin     pub fn flags(&self) -> PageFlags<Arch> {
32040fe15e0SLoGin         unsafe { PageFlags::from_data(self.data & Arch::ENTRY_FLAGS_MASK) }
32140fe15e0SLoGin     }
32240fe15e0SLoGin 
32340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
32440fe15e0SLoGin     pub fn set_flags(&mut self, flags: PageFlags<Arch>) {
32540fe15e0SLoGin         self.data = (self.data & !Arch::ENTRY_FLAGS_MASK) | flags.data();
32640fe15e0SLoGin     }
32740fe15e0SLoGin 
32840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
32940fe15e0SLoGin     pub fn present(&self) -> bool {
33040fe15e0SLoGin         return self.data & Arch::ENTRY_FLAG_PRESENT != 0;
33140fe15e0SLoGin     }
33240fe15e0SLoGin }
33340fe15e0SLoGin 
33440fe15e0SLoGin /// 页表项的标志位
33540fe15e0SLoGin #[derive(Copy, Clone, Hash)]
33640fe15e0SLoGin pub struct PageFlags<Arch> {
33740fe15e0SLoGin     data: usize,
33840fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
33940fe15e0SLoGin }
34040fe15e0SLoGin 
34140fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
34240fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlags<Arch> {
34340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
34440fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
34540fe15e0SLoGin         let mut r = unsafe {
34640fe15e0SLoGin             Self::from_data(
34740fe15e0SLoGin                 Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_PAGE
34840fe15e0SLoGin                     | Arch::ENTRY_FLAG_READONLY
34940fe15e0SLoGin                     | Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC,
35040fe15e0SLoGin             )
35140fe15e0SLoGin         };
35240fe15e0SLoGin 
35340fe15e0SLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
35440fe15e0SLoGin         {
35540fe15e0SLoGin             if crate::arch::mm::X86_64MMArch::is_xd_reserved() {
35640fe15e0SLoGin                 r = r.set_execute(true);
35740fe15e0SLoGin             }
35840fe15e0SLoGin         }
35940fe15e0SLoGin 
36040fe15e0SLoGin         return r;
36140fe15e0SLoGin     }
36240fe15e0SLoGin 
36340fe15e0SLoGin     /// 根据ProtFlags生成PageFlags
36440fe15e0SLoGin     ///
36540fe15e0SLoGin     /// ## 参数
36640fe15e0SLoGin     ///
36740fe15e0SLoGin     /// - prot_flags: 页的保护标志
36840fe15e0SLoGin     /// - user: 用户空间是否可访问
36940fe15e0SLoGin     pub fn from_prot_flags(prot_flags: ProtFlags, user: bool) -> PageFlags<Arch> {
37040fe15e0SLoGin         let flags: PageFlags<Arch> = PageFlags::new()
37140fe15e0SLoGin             .set_user(user)
37240fe15e0SLoGin             .set_execute(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_EXEC))
37340fe15e0SLoGin             .set_write(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_WRITE));
37440fe15e0SLoGin 
37540fe15e0SLoGin         return flags;
37640fe15e0SLoGin     }
37740fe15e0SLoGin 
37840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
37940fe15e0SLoGin     pub fn data(&self) -> usize {
38040fe15e0SLoGin         self.data
38140fe15e0SLoGin     }
38240fe15e0SLoGin 
38340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
38440fe15e0SLoGin     pub const unsafe fn from_data(data: usize) -> Self {
38540fe15e0SLoGin         return Self {
386b5b571e0SLoGin             data,
38740fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
38840fe15e0SLoGin         };
38940fe15e0SLoGin     }
39040fe15e0SLoGin 
39140fe15e0SLoGin     /// 为新页表的页表项设置默认值
39240fe15e0SLoGin     ///
39340fe15e0SLoGin     /// 默认值为:
39440fe15e0SLoGin     /// - present
39540fe15e0SLoGin     /// - read only
39640fe15e0SLoGin     /// - kernel space
39740fe15e0SLoGin     /// - no exec
39840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
39940fe15e0SLoGin     pub fn new_page_table(user: bool) -> Self {
40040fe15e0SLoGin         return unsafe {
4017a29d4fcSLoGin             let r = {
4027a29d4fcSLoGin                 #[cfg(target_arch = "x86_64")]
4037a29d4fcSLoGin                 {
4047a29d4fcSLoGin                     Self::from_data(Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE | Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE)
4057a29d4fcSLoGin                 }
4067a29d4fcSLoGin 
4077a29d4fcSLoGin                 #[cfg(target_arch = "riscv64")]
4087a29d4fcSLoGin                 {
4097a29d4fcSLoGin                     // riscv64指向下一级页表的页表项,不应设置R/W/X权限位
4107a29d4fcSLoGin                     Self::from_data(Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE)
4117a29d4fcSLoGin                 }
4127a29d4fcSLoGin             };
41340fe15e0SLoGin             if user {
41440fe15e0SLoGin                 r.set_user(true)
41540fe15e0SLoGin             } else {
41640fe15e0SLoGin                 r
41740fe15e0SLoGin             }
41840fe15e0SLoGin         };
41940fe15e0SLoGin     }
42040fe15e0SLoGin 
42140fe15e0SLoGin     /// 取得当前页表项的所有权,更新当前页表项的标志位,并返回更新后的页表项。
42240fe15e0SLoGin     ///
42340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
42440fe15e0SLoGin     /// - flag 要更新的标志位的值
42540fe15e0SLoGin     /// - value 如果为true,那么将flag对应的位设置为1,否则设置为0
42640fe15e0SLoGin     ///
42740fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
42840fe15e0SLoGin     ///
42940fe15e0SLoGin     /// 更新后的页表项
43040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
43140fe15e0SLoGin     #[must_use]
43240fe15e0SLoGin     pub fn update_flags(mut self, flag: usize, value: bool) -> Self {
43340fe15e0SLoGin         if value {
43440fe15e0SLoGin             self.data |= flag;
43540fe15e0SLoGin         } else {
43640fe15e0SLoGin             self.data &= !flag;
43740fe15e0SLoGin         }
43840fe15e0SLoGin         return self;
43940fe15e0SLoGin     }
44040fe15e0SLoGin 
44140fe15e0SLoGin     /// 判断当前页表项是否存在指定的flag(只有全部flag都存在才返回true)
44240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
44340fe15e0SLoGin     pub fn has_flag(&self, flag: usize) -> bool {
44440fe15e0SLoGin         return self.data & flag == flag;
44540fe15e0SLoGin     }
44640fe15e0SLoGin 
44740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
44840fe15e0SLoGin     pub fn present(&self) -> bool {
44940fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_PRESENT);
45040fe15e0SLoGin     }
45140fe15e0SLoGin 
45240fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的权限
45340fe15e0SLoGin     ///
45440fe15e0SLoGin     /// @param value 如果为true,那么将当前页表项的权限设置为用户态可访问
45540fe15e0SLoGin     #[must_use]
45640fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
45740fe15e0SLoGin     pub fn set_user(self, value: bool) -> Self {
45840fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_USER, value);
45940fe15e0SLoGin     }
46040fe15e0SLoGin 
46140fe15e0SLoGin     /// 用户态是否可以访问当前页表项
46240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
46340fe15e0SLoGin     pub fn has_user(&self) -> bool {
46440fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_USER);
46540fe15e0SLoGin     }
46640fe15e0SLoGin 
46740fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的可写性, 如果为true,那么将当前页表项的权限设置为可写, 否则设置为只读
46840fe15e0SLoGin     ///
46940fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
47040fe15e0SLoGin     ///
47140fe15e0SLoGin     /// 更新后的页表项.
47240fe15e0SLoGin     ///
47340fe15e0SLoGin     /// **请注意,**本函数会取得当前页表项的所有权,因此返回的页表项不是原来的页表项
47440fe15e0SLoGin     #[must_use]
47540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
47640fe15e0SLoGin     pub fn set_write(self, value: bool) -> Self {
4777a29d4fcSLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
4787a29d4fcSLoGin         {
47940fe15e0SLoGin             // 有的架构同时具有可写和不可写的标志位,因此需要同时更新
48040fe15e0SLoGin             return self
48140fe15e0SLoGin                 .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READONLY, !value)
48240fe15e0SLoGin                 .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE, value);
48340fe15e0SLoGin         }
48440fe15e0SLoGin 
4857a29d4fcSLoGin         #[cfg(target_arch = "riscv64")]
4867a29d4fcSLoGin         {
4877a29d4fcSLoGin             if value {
4887a29d4fcSLoGin                 return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE, true);
4897a29d4fcSLoGin             } else {
4907a29d4fcSLoGin                 return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READONLY, true);
4917a29d4fcSLoGin             }
4927a29d4fcSLoGin         }
4937a29d4fcSLoGin     }
4947a29d4fcSLoGin 
49540fe15e0SLoGin     /// 当前页表项是否可写
49640fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
49740fe15e0SLoGin     pub fn has_write(&self) -> bool {
49840fe15e0SLoGin         // 有的架构同时具有可写和不可写的标志位,因此需要同时判断
49940fe15e0SLoGin         return self.data & (Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE | Arch::ENTRY_FLAG_READONLY)
50040fe15e0SLoGin             == Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE;
50140fe15e0SLoGin     }
50240fe15e0SLoGin 
50340fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的可执行性, 如果为true,那么将当前页表项的权限设置为可执行, 否则设置为不可执行
50440fe15e0SLoGin     #[must_use]
50540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
50640fe15e0SLoGin     pub fn set_execute(self, mut value: bool) -> Self {
50740fe15e0SLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
50840fe15e0SLoGin         {
50940fe15e0SLoGin             // 如果xd位被保留,那么将可执行性设置为true
51040fe15e0SLoGin             if crate::arch::mm::X86_64MMArch::is_xd_reserved() {
51140fe15e0SLoGin                 value = true;
51240fe15e0SLoGin             }
51340fe15e0SLoGin         }
51440fe15e0SLoGin 
51540fe15e0SLoGin         // 有的架构同时具有可执行和不可执行的标志位,因此需要同时更新
51640fe15e0SLoGin         return self
51740fe15e0SLoGin             .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC, !value)
51840fe15e0SLoGin             .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_EXEC, value);
51940fe15e0SLoGin     }
52040fe15e0SLoGin 
52140fe15e0SLoGin     /// 当前页表项是否可执行
52240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
52340fe15e0SLoGin     pub fn has_execute(&self) -> bool {
52440fe15e0SLoGin         // 有的架构同时具有可执行和不可执行的标志位,因此需要同时判断
52540fe15e0SLoGin         return self.data & (Arch::ENTRY_FLAG_EXEC | Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC)
52640fe15e0SLoGin             == Arch::ENTRY_FLAG_EXEC;
52740fe15e0SLoGin     }
52840fe15e0SLoGin 
52940fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的缓存策略
53040fe15e0SLoGin     ///
53140fe15e0SLoGin     /// ## 参数
53240fe15e0SLoGin     ///
53340fe15e0SLoGin     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的缓存策略设置为不缓存。
53440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
53540fe15e0SLoGin     pub fn set_page_cache_disable(self, value: bool) -> Self {
53640fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE, value);
53740fe15e0SLoGin     }
53840fe15e0SLoGin 
53940fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项的缓存策略
54040fe15e0SLoGin     ///
54140fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
54240fe15e0SLoGin     ///
54340fe15e0SLoGin     /// 如果当前页表项的缓存策略为不缓存,那么返回true,否则返回false。
54440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
54540fe15e0SLoGin     pub fn has_page_cache_disable(&self) -> bool {
54640fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE);
54740fe15e0SLoGin     }
54840fe15e0SLoGin 
54940fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的写穿策略
55040fe15e0SLoGin     ///
55140fe15e0SLoGin     /// ## 参数
55240fe15e0SLoGin     ///
55340fe15e0SLoGin     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的写穿策略设置为写穿。
55440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
55540fe15e0SLoGin     pub fn set_page_write_through(self, value: bool) -> Self {
55640fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH, value);
55740fe15e0SLoGin     }
55840fe15e0SLoGin 
55940fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项的写穿策略
56040fe15e0SLoGin     ///
56140fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
56240fe15e0SLoGin     ///
56340fe15e0SLoGin     /// 如果当前页表项的写穿策略为写穿,那么返回true,否则返回false。
56440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
56540fe15e0SLoGin     pub fn has_page_write_through(&self) -> bool {
56640fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH);
56740fe15e0SLoGin     }
56840fe15e0SLoGin 
56940fe15e0SLoGin     /// MMIO内存的页表项标志
57040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
57140fe15e0SLoGin     pub fn mmio_flags() -> Self {
57240fe15e0SLoGin         return Self::new()
57340fe15e0SLoGin             .set_user(false)
57440fe15e0SLoGin             .set_write(true)
57540fe15e0SLoGin             .set_execute(true)
57640fe15e0SLoGin             .set_page_cache_disable(true)
57740fe15e0SLoGin             .set_page_write_through(true);
57840fe15e0SLoGin     }
57940fe15e0SLoGin }
58040fe15e0SLoGin 
58140fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> fmt::Debug for PageFlags<Arch> {
58240fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
58340fe15e0SLoGin         f.debug_struct("PageFlags")
58440fe15e0SLoGin             .field("bits", &format_args!("{:#0x}", self.data))
58540fe15e0SLoGin             .field("present", &self.present())
58640fe15e0SLoGin             .field("has_write", &self.has_write())
58740fe15e0SLoGin             .field("has_execute", &self.has_execute())
58840fe15e0SLoGin             .field("has_user", &self.has_user())
58940fe15e0SLoGin             .finish()
59040fe15e0SLoGin     }
59140fe15e0SLoGin }
59240fe15e0SLoGin 
59340fe15e0SLoGin /// 页表映射器
59440fe15e0SLoGin #[derive(Hash)]
59540fe15e0SLoGin pub struct PageMapper<Arch, F> {
59640fe15e0SLoGin     /// 页表类型
59740fe15e0SLoGin     table_kind: PageTableKind,
59840fe15e0SLoGin     /// 根页表物理地址
59940fe15e0SLoGin     table_paddr: PhysAddr,
60040fe15e0SLoGin     /// 页分配器
60140fe15e0SLoGin     frame_allocator: F,
60240fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<fn() -> Arch>,
60340fe15e0SLoGin }
60440fe15e0SLoGin 
60540fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch, F: FrameAllocator> PageMapper<Arch, F> {
60640fe15e0SLoGin     /// 创建新的页面映射器
60740fe15e0SLoGin     ///
60840fe15e0SLoGin     /// ## 参数
60940fe15e0SLoGin     /// - table_kind 页表类型
61040fe15e0SLoGin     /// - table_paddr 根页表物理地址
61140fe15e0SLoGin     /// - allocator 页分配器
61240fe15e0SLoGin     ///
61340fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
61440fe15e0SLoGin     ///
61540fe15e0SLoGin     /// 页面映射器
61640fe15e0SLoGin     pub unsafe fn new(table_kind: PageTableKind, table_paddr: PhysAddr, allocator: F) -> Self {
61740fe15e0SLoGin         return Self {
61840fe15e0SLoGin             table_kind,
61940fe15e0SLoGin             table_paddr,
62040fe15e0SLoGin             frame_allocator: allocator,
62140fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
62240fe15e0SLoGin         };
62340fe15e0SLoGin     }
62440fe15e0SLoGin 
62540fe15e0SLoGin     /// 创建页表,并为这个页表创建页面映射器
62640fe15e0SLoGin     pub unsafe fn create(table_kind: PageTableKind, mut allocator: F) -> Option<Self> {
62740fe15e0SLoGin         let table_paddr = allocator.allocate_one()?;
62840fe15e0SLoGin         // 清空页表
62940fe15e0SLoGin         let table_vaddr = Arch::phys_2_virt(table_paddr)?;
63040fe15e0SLoGin         Arch::write_bytes(table_vaddr, 0, Arch::PAGE_SIZE);
63140fe15e0SLoGin         return Some(Self::new(table_kind, table_paddr, allocator));
63240fe15e0SLoGin     }
63340fe15e0SLoGin 
63440fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的页面映射器
63540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
63640fe15e0SLoGin     pub unsafe fn current(table_kind: PageTableKind, allocator: F) -> Self {
63740fe15e0SLoGin         let table_paddr = Arch::table(table_kind);
63840fe15e0SLoGin         return Self::new(table_kind, table_paddr, allocator);
63940fe15e0SLoGin     }
64040fe15e0SLoGin 
64140fe15e0SLoGin     /// 判断当前页表分配器所属的页表是否是当前页表
64240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
64340fe15e0SLoGin     pub fn is_current(&self) -> bool {
64440fe15e0SLoGin         return unsafe { self.table().phys() == Arch::table(self.table_kind) };
64540fe15e0SLoGin     }
64640fe15e0SLoGin 
64740fe15e0SLoGin     /// 将当前页表分配器所属的页表设置为当前页表
64840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
64940fe15e0SLoGin     pub unsafe fn make_current(&self) {
65040fe15e0SLoGin         Arch::set_table(self.table_kind, self.table_paddr);
65140fe15e0SLoGin     }
65240fe15e0SLoGin 
65340fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表分配器所属的根页表的结构体
65440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
65540fe15e0SLoGin     pub fn table(&self) -> PageTable<Arch> {
65640fe15e0SLoGin         // 由于只能通过new方法创建PageMapper,因此这里假定table_paddr是有效的
65740fe15e0SLoGin         return unsafe {
65840fe15e0SLoGin             PageTable::new(VirtAddr::new(0), self.table_paddr, Arch::PAGE_LEVELS - 1)
65940fe15e0SLoGin         };
66040fe15e0SLoGin     }
66140fe15e0SLoGin 
66240fe15e0SLoGin     /// 获取当前PageMapper所对应的页分配器实例的引用
66340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
66440fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
66540fe15e0SLoGin     pub fn allocator_ref(&self) -> &F {
66640fe15e0SLoGin         return &self.frame_allocator;
66740fe15e0SLoGin     }
66840fe15e0SLoGin 
66940fe15e0SLoGin     /// 获取当前PageMapper所对应的页分配器实例的可变引用
67040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
67140fe15e0SLoGin     pub fn allocator_mut(&mut self) -> &mut F {
67240fe15e0SLoGin         return &mut self.frame_allocator;
67340fe15e0SLoGin     }
67440fe15e0SLoGin 
67540fe15e0SLoGin     /// 从当前PageMapper的页分配器中分配一个物理页,并将其映射到指定的虚拟地址
67640fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map(
67740fe15e0SLoGin         &mut self,
67840fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
67940fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
68040fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
68140fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
68240fe15e0SLoGin         let phys: PhysAddr = self.frame_allocator.allocate_one()?;
68340fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
68456cc4dbeSJomo 
68556cc4dbeSJomo         page_manager_lock_irasave().insert(phys, Page::new(false));
68640fe15e0SLoGin         return self.map_phys(virt, phys, flags);
68740fe15e0SLoGin     }
68840fe15e0SLoGin 
68940fe15e0SLoGin     /// 映射一个物理页到指定的虚拟地址
69040fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map_phys(
69140fe15e0SLoGin         &mut self,
69240fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
69340fe15e0SLoGin         phys: PhysAddr,
69440fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
69540fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
69640fe15e0SLoGin         // 验证虚拟地址和物理地址是否对齐
69740fe15e0SLoGin         if !(virt.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE) && phys.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE)) {
69840fe15e0SLoGin             kerror!(
69940fe15e0SLoGin                 "Try to map unaligned page: virt={:?}, phys={:?}",
70040fe15e0SLoGin                 virt,
70140fe15e0SLoGin                 phys
70240fe15e0SLoGin             );
70340fe15e0SLoGin             return None;
70440fe15e0SLoGin         }
7057a29d4fcSLoGin 
70640fe15e0SLoGin         let virt = VirtAddr::new(virt.data() & (!Arch::PAGE_NEGATIVE_MASK));
70740fe15e0SLoGin 
70840fe15e0SLoGin         // TODO: 验证flags是否合法
70940fe15e0SLoGin 
71040fe15e0SLoGin         // 创建页表项
7117a29d4fcSLoGin         let entry = PageEntry::new(phys, flags);
71240fe15e0SLoGin         let mut table = self.table();
71340fe15e0SLoGin         loop {
71440fe15e0SLoGin             let i = table.index_of(virt)?;
71540fe15e0SLoGin             assert!(i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM);
71640fe15e0SLoGin             if table.level() == 0 {
71740fe15e0SLoGin                 // todo: 检查是否已经映射
71840fe15e0SLoGin                 // 现在不检查的原因是,刚刚启动系统时,内核会映射一些页。
719b5b571e0SLoGin                 if table.entry_mapped(i)? {
72040fe15e0SLoGin                     kwarn!("Page {:?} already mapped", virt);
72140fe15e0SLoGin                 }
7227a29d4fcSLoGin 
72340fe15e0SLoGin                 compiler_fence(Ordering::SeqCst);
7247a29d4fcSLoGin 
72540fe15e0SLoGin                 table.set_entry(i, entry);
72640fe15e0SLoGin                 compiler_fence(Ordering::SeqCst);
72740fe15e0SLoGin                 return Some(PageFlush::new(virt));
72840fe15e0SLoGin             } else {
72940fe15e0SLoGin                 let next_table = table.next_level_table(i);
73040fe15e0SLoGin                 if let Some(next_table) = next_table {
73140fe15e0SLoGin                     table = next_table;
73240fe15e0SLoGin                     // kdebug!("Mapping {:?} to next level table...", virt);
73340fe15e0SLoGin                 } else {
73440fe15e0SLoGin                     // 分配下一级页表
73540fe15e0SLoGin                     let frame = self.frame_allocator.allocate_one()?;
7367a29d4fcSLoGin 
73740fe15e0SLoGin                     // 清空这个页帧
73840fe15e0SLoGin                     MMArch::write_bytes(MMArch::phys_2_virt(frame).unwrap(), 0, MMArch::PAGE_SIZE);
73940fe15e0SLoGin 
74040fe15e0SLoGin                     // 设置页表项的flags
7417a29d4fcSLoGin                     let flags: PageFlags<Arch> =
74240fe15e0SLoGin                         PageFlags::new_page_table(virt.kind() == PageTableKind::User);
74340fe15e0SLoGin 
74440fe15e0SLoGin                     // kdebug!("Flags: {:?}", flags);
74540fe15e0SLoGin 
74640fe15e0SLoGin                     // 把新分配的页表映射到当前页表
7477a29d4fcSLoGin                     table.set_entry(i, PageEntry::new(frame, flags));
74840fe15e0SLoGin 
74940fe15e0SLoGin                     // 获取新分配的页表
75040fe15e0SLoGin                     table = table.next_level_table(i)?;
75140fe15e0SLoGin                 }
75240fe15e0SLoGin             }
75340fe15e0SLoGin         }
75440fe15e0SLoGin     }
75540fe15e0SLoGin 
75640fe15e0SLoGin     /// 将物理地址映射到具有线性偏移量的虚拟地址
75740fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
75840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map_linearly(
75940fe15e0SLoGin         &mut self,
76040fe15e0SLoGin         phys: PhysAddr,
76140fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
76240fe15e0SLoGin     ) -> Option<(VirtAddr, PageFlush<Arch>)> {
76340fe15e0SLoGin         let virt: VirtAddr = Arch::phys_2_virt(phys)?;
76440fe15e0SLoGin         return self.map_phys(virt, phys, flags).map(|flush| (virt, flush));
76540fe15e0SLoGin     }
76640fe15e0SLoGin 
76740fe15e0SLoGin     /// 修改虚拟地址的页表项的flags,并返回页表项刷新器
76840fe15e0SLoGin     ///
76940fe15e0SLoGin     /// 请注意,需要在修改完flags后,调用刷新器的flush方法,才能使修改生效
77040fe15e0SLoGin     ///
77140fe15e0SLoGin     /// ## 参数
77240fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
77340fe15e0SLoGin     /// - flags 新的页表项的flags
77440fe15e0SLoGin     ///
77540fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
77640fe15e0SLoGin     ///
77740fe15e0SLoGin     /// 如果修改成功,返回刷新器,否则返回None
77840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn remap(
77940fe15e0SLoGin         &mut self,
78040fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
78140fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
78240fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
78340fe15e0SLoGin         return self
78440fe15e0SLoGin             .visit(virt, |p1, i| {
78540fe15e0SLoGin                 let mut entry = p1.entry(i)?;
78640fe15e0SLoGin                 entry.set_flags(flags);
78740fe15e0SLoGin                 p1.set_entry(i, entry);
78840fe15e0SLoGin                 Some(PageFlush::new(virt))
78940fe15e0SLoGin             })
79040fe15e0SLoGin             .flatten();
79140fe15e0SLoGin     }
79240fe15e0SLoGin 
79340fe15e0SLoGin     /// 根据虚拟地址,查找页表,获取对应的物理地址和页表项的flags
79440fe15e0SLoGin     ///
79540fe15e0SLoGin     /// ## 参数
79640fe15e0SLoGin     ///
79740fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
79840fe15e0SLoGin     ///
79940fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
80040fe15e0SLoGin     ///
80140fe15e0SLoGin     /// 如果查找成功,返回物理地址和页表项的flags,否则返回None
80240fe15e0SLoGin     pub fn translate(&self, virt: VirtAddr) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>)> {
80340fe15e0SLoGin         let entry: PageEntry<Arch> = self.visit(virt, |p1, i| unsafe { p1.entry(i) })??;
80440fe15e0SLoGin         let paddr = entry.address().ok()?;
80540fe15e0SLoGin         let flags = entry.flags();
80640fe15e0SLoGin         return Some((paddr, flags));
80740fe15e0SLoGin     }
80840fe15e0SLoGin 
80940fe15e0SLoGin     /// 取消虚拟地址的映射,释放页面,并返回页表项刷新器
81040fe15e0SLoGin     ///
81140fe15e0SLoGin     /// 请注意,需要在取消映射后,调用刷新器的flush方法,才能使修改生效
81240fe15e0SLoGin     ///
81340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
81440fe15e0SLoGin     ///
81540fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
81640fe15e0SLoGin     /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
81740fe15e0SLoGin     ///
81840fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
81940fe15e0SLoGin     /// 如果取消成功,返回刷新器,否则返回None
8202dd9f0c7SLoGin     #[allow(dead_code)]
82140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap(&mut self, virt: VirtAddr, unmap_parents: bool) -> Option<PageFlush<Arch>> {
82240fe15e0SLoGin         let (paddr, _, flusher) = self.unmap_phys(virt, unmap_parents)?;
82340fe15e0SLoGin         self.frame_allocator.free_one(paddr);
82440fe15e0SLoGin         return Some(flusher);
82540fe15e0SLoGin     }
82640fe15e0SLoGin 
82740fe15e0SLoGin     /// 取消虚拟地址的映射,并返回物理地址和页表项的flags
82840fe15e0SLoGin     ///
82940fe15e0SLoGin     /// ## 参数
83040fe15e0SLoGin     ///
83140fe15e0SLoGin     /// - vaddr 虚拟地址
83240fe15e0SLoGin     /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
83340fe15e0SLoGin     ///
83440fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
83540fe15e0SLoGin     ///
83640fe15e0SLoGin     /// 如果取消成功,返回物理地址和页表项的flags,否则返回None
83740fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap_phys(
83840fe15e0SLoGin         &mut self,
83940fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
84040fe15e0SLoGin         unmap_parents: bool,
84140fe15e0SLoGin     ) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>, PageFlush<Arch>)> {
84240fe15e0SLoGin         if !virt.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE) {
84340fe15e0SLoGin             kerror!("Try to unmap unaligned page: virt={:?}", virt);
84440fe15e0SLoGin             return None;
84540fe15e0SLoGin         }
84640fe15e0SLoGin 
847b5b571e0SLoGin         let table = self.table();
848b5b571e0SLoGin         return unmap_phys_inner(virt, &table, unmap_parents, self.allocator_mut())
84940fe15e0SLoGin             .map(|(paddr, flags)| (paddr, flags, PageFlush::<Arch>::new(virt)));
85040fe15e0SLoGin     }
85140fe15e0SLoGin 
85240fe15e0SLoGin     /// 在页表中,访问虚拟地址对应的页表项,并调用传入的函数F
85340fe15e0SLoGin     fn visit<T>(
85440fe15e0SLoGin         &self,
85540fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
85640fe15e0SLoGin         f: impl FnOnce(&mut PageTable<Arch>, usize) -> T,
85740fe15e0SLoGin     ) -> Option<T> {
85840fe15e0SLoGin         let mut table = self.table();
85940fe15e0SLoGin         unsafe {
86040fe15e0SLoGin             loop {
86140fe15e0SLoGin                 let i = table.index_of(virt)?;
86240fe15e0SLoGin                 if table.level() == 0 {
86340fe15e0SLoGin                     return Some(f(&mut table, i));
86440fe15e0SLoGin                 } else {
86540fe15e0SLoGin                     table = table.next_level_table(i)?;
86640fe15e0SLoGin                 }
86740fe15e0SLoGin             }
86840fe15e0SLoGin         }
86940fe15e0SLoGin     }
87040fe15e0SLoGin }
87140fe15e0SLoGin 
87240fe15e0SLoGin /// 取消页面映射,返回被取消映射的页表项的:【物理地址】和【flags】
87340fe15e0SLoGin ///
87440fe15e0SLoGin /// ## 参数
87540fe15e0SLoGin ///
87640fe15e0SLoGin /// - vaddr 虚拟地址
87740fe15e0SLoGin /// - table 页表
87840fe15e0SLoGin /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
87940fe15e0SLoGin /// - allocator 页面分配器(如果页表从这个分配器分配,那么在取消映射时,也需要归还到这个分配器内)
88040fe15e0SLoGin ///
88140fe15e0SLoGin /// ## 返回值
88240fe15e0SLoGin ///
88340fe15e0SLoGin /// 如果取消成功,返回被取消映射的页表项的:【物理地址】和【flags】,否则返回None
88440fe15e0SLoGin unsafe fn unmap_phys_inner<Arch: MemoryManagementArch>(
88540fe15e0SLoGin     vaddr: VirtAddr,
886840045afSLoGin     table: &PageTable<Arch>,
88740fe15e0SLoGin     unmap_parents: bool,
88840fe15e0SLoGin     allocator: &mut impl FrameAllocator,
88940fe15e0SLoGin ) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>)> {
89040fe15e0SLoGin     // 获取页表项的索引
89140fe15e0SLoGin     let i = table.index_of(vaddr)?;
89240fe15e0SLoGin 
89340fe15e0SLoGin     // 如果当前是最后一级页表,直接取消页面映射
89440fe15e0SLoGin     if table.level() == 0 {
89540fe15e0SLoGin         let entry = table.entry(i)?;
8967a29d4fcSLoGin         table.set_entry(i, PageEntry::from_usize(0));
89740fe15e0SLoGin         return Some((entry.address().ok()?, entry.flags()));
89840fe15e0SLoGin     }
89940fe15e0SLoGin 
900b5b571e0SLoGin     let subtable = table.next_level_table(i)?;
90140fe15e0SLoGin     // 递归地取消映射
902b5b571e0SLoGin     let result = unmap_phys_inner(vaddr, &subtable, unmap_parents, allocator)?;
90340fe15e0SLoGin 
90440fe15e0SLoGin     // TODO: This is a bad idea for architectures where the kernel mappings are done in the process tables,
90540fe15e0SLoGin     // as these mappings may become out of sync
90640fe15e0SLoGin     if unmap_parents {
90740fe15e0SLoGin         // 如果子页表已经没有映射的页面了,就取消子页表的映射
90840fe15e0SLoGin 
90940fe15e0SLoGin         // 检查子页表中是否还有映射的页面
91040fe15e0SLoGin         let x = (0..Arch::PAGE_ENTRY_NUM)
91140fe15e0SLoGin             .map(|k| subtable.entry(k).expect("invalid page entry"))
91240fe15e0SLoGin             .any(|e| e.present());
91340fe15e0SLoGin         if !x {
91440fe15e0SLoGin             // 如果没有,就取消子页表的映射
9157a29d4fcSLoGin             table.set_entry(i, PageEntry::from_usize(0));
91640fe15e0SLoGin             // 释放子页表
91740fe15e0SLoGin             allocator.free_one(subtable.phys());
91840fe15e0SLoGin         }
91940fe15e0SLoGin     }
92040fe15e0SLoGin 
92140fe15e0SLoGin     return Some(result);
92240fe15e0SLoGin }
92340fe15e0SLoGin 
92440fe15e0SLoGin impl<Arch, F: Debug> Debug for PageMapper<Arch, F> {
92540fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
92640fe15e0SLoGin         f.debug_struct("PageMapper")
92740fe15e0SLoGin             .field("table_paddr", &self.table_paddr)
92840fe15e0SLoGin             .field("frame_allocator", &self.frame_allocator)
92940fe15e0SLoGin             .finish()
93040fe15e0SLoGin     }
93140fe15e0SLoGin }
93240fe15e0SLoGin 
93340fe15e0SLoGin /// 页表刷新器的trait
9347ae679ddSLoGin pub trait Flusher<Arch: MemoryManagementArch> {
93540fe15e0SLoGin     /// 取消对指定的page flusher的刷新
93640fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>);
93740fe15e0SLoGin }
93840fe15e0SLoGin 
93940fe15e0SLoGin /// 用于刷新某个虚拟地址的刷新器。这个刷新器一经产生,就必须调用flush()方法,
94040fe15e0SLoGin /// 否则会造成对页表的更改被忽略,这是不安全的
94140fe15e0SLoGin #[must_use = "The flusher must call the 'flush()', or the changes to page table will be unsafely ignored."]
9427ae679ddSLoGin pub struct PageFlush<Arch: MemoryManagementArch> {
94340fe15e0SLoGin     virt: VirtAddr,
94440fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
94540fe15e0SLoGin }
94640fe15e0SLoGin 
94740fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlush<Arch> {
94840fe15e0SLoGin     pub fn new(virt: VirtAddr) -> Self {
94940fe15e0SLoGin         return Self {
95040fe15e0SLoGin             virt,
95140fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
95240fe15e0SLoGin         };
95340fe15e0SLoGin     }
95440fe15e0SLoGin 
95540fe15e0SLoGin     pub fn flush(self) {
95640fe15e0SLoGin         unsafe { Arch::invalidate_page(self.virt) };
95740fe15e0SLoGin     }
95840fe15e0SLoGin 
95940fe15e0SLoGin     /// 忽略掉这个刷新器
96040fe15e0SLoGin     pub unsafe fn ignore(self) {
96140fe15e0SLoGin         mem::forget(self);
96240fe15e0SLoGin     }
96340fe15e0SLoGin }
96440fe15e0SLoGin 
9657ae679ddSLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Drop for PageFlush<Arch> {
9667ae679ddSLoGin     fn drop(&mut self) {
9677ae679ddSLoGin         unsafe {
9687ae679ddSLoGin             MMArch::invalidate_page(self.virt);
9697ae679ddSLoGin         }
9707ae679ddSLoGin     }
9717ae679ddSLoGin }
9727ae679ddSLoGin 
97340fe15e0SLoGin /// 用于刷新整个页表的刷新器。这个刷新器一经产生,就必须调用flush()方法,
97440fe15e0SLoGin /// 否则会造成对页表的更改被忽略,这是不安全的
97540fe15e0SLoGin #[must_use = "The flusher must call the 'flush()', or the changes to page table will be unsafely ignored."]
97640fe15e0SLoGin pub struct PageFlushAll<Arch: MemoryManagementArch> {
97740fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<fn() -> Arch>,
97840fe15e0SLoGin }
97940fe15e0SLoGin 
98040fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
98140fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlushAll<Arch> {
98240fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
98340fe15e0SLoGin         return Self {
98440fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
98540fe15e0SLoGin         };
98640fe15e0SLoGin     }
98740fe15e0SLoGin 
98840fe15e0SLoGin     pub fn flush(self) {
98940fe15e0SLoGin         unsafe { Arch::invalidate_all() };
99040fe15e0SLoGin     }
99140fe15e0SLoGin 
99240fe15e0SLoGin     /// 忽略掉这个刷新器
99340fe15e0SLoGin     pub unsafe fn ignore(self) {
99440fe15e0SLoGin         mem::forget(self);
99540fe15e0SLoGin     }
99640fe15e0SLoGin }
99740fe15e0SLoGin 
99840fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Flusher<Arch> for PageFlushAll<Arch> {
99940fe15e0SLoGin     /// 为page flush all 实现consume,消除对单个页面的刷新。(刷新整个页表了就不需要刷新单个页面了)
100040fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>) {
100140fe15e0SLoGin         unsafe { flush.ignore() };
100240fe15e0SLoGin     }
100340fe15e0SLoGin }
100440fe15e0SLoGin 
100540fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch, T: Flusher<Arch> + ?Sized> Flusher<Arch> for &mut T {
100640fe15e0SLoGin     /// 允许一个flusher consume掉另一个flusher
100740fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>) {
100840fe15e0SLoGin         <T as Flusher<Arch>>::consume(self, flush);
100940fe15e0SLoGin     }
101040fe15e0SLoGin }
101140fe15e0SLoGin 
101240fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Flusher<Arch> for () {
101340fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, _flush: PageFlush<Arch>) {}
101440fe15e0SLoGin }
101540fe15e0SLoGin 
101640fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Drop for PageFlushAll<Arch> {
101740fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
101840fe15e0SLoGin         unsafe {
101940fe15e0SLoGin             Arch::invalidate_all();
102040fe15e0SLoGin         }
102140fe15e0SLoGin     }
102240fe15e0SLoGin }
102340fe15e0SLoGin 
102440fe15e0SLoGin /// 未在当前CPU上激活的页表的刷新器
102540fe15e0SLoGin ///
102640fe15e0SLoGin /// 如果页表没有在当前cpu上激活,那么需要发送ipi到其他核心,尝试在其他核心上刷新页表
102740fe15e0SLoGin ///
102840fe15e0SLoGin /// TODO: 这个方式很暴力,也许把它改成在指定的核心上刷新页表会更好。(可以测试一下开销)
102940fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
103040fe15e0SLoGin pub struct InactiveFlusher;
103140fe15e0SLoGin 
103240fe15e0SLoGin impl InactiveFlusher {
103340fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
103440fe15e0SLoGin         return Self {};
103540fe15e0SLoGin     }
103640fe15e0SLoGin }
103740fe15e0SLoGin 
103840fe15e0SLoGin impl Flusher<MMArch> for InactiveFlusher {
103940fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<MMArch>) {
104040fe15e0SLoGin         unsafe {
104140fe15e0SLoGin             flush.ignore();
104240fe15e0SLoGin         }
104340fe15e0SLoGin     }
104440fe15e0SLoGin }
104540fe15e0SLoGin 
104640fe15e0SLoGin impl Drop for InactiveFlusher {
104740fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
104840fe15e0SLoGin         // 发送刷新页表的IPI
104940fe15e0SLoGin         send_ipi(IpiKind::FlushTLB, IpiTarget::Other);
105040fe15e0SLoGin     }
105140fe15e0SLoGin }
105240fe15e0SLoGin 
105340fe15e0SLoGin /// # 把一个地址向下对齐到页大小
105440fe15e0SLoGin pub fn round_down_to_page_size(addr: usize) -> usize {
105540fe15e0SLoGin     addr & !(MMArch::PAGE_SIZE - 1)
105640fe15e0SLoGin }
105740fe15e0SLoGin 
105840fe15e0SLoGin /// # 把一个地址向上对齐到页大小
105940fe15e0SLoGin pub fn round_up_to_page_size(addr: usize) -> usize {
106040fe15e0SLoGin     round_down_to_page_size(addr + MMArch::PAGE_SIZE - 1)
106140fe15e0SLoGin }
1062