xref: /DragonOS/kernel/src/mm/page.rs (revision 370472f7288b568c7b80815f5b150daf4496446c)
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},
156fc066acSJomo     ipc::shm::ShmId,
1640fe15e0SLoGin     kerror, kwarn,
1756cc4dbeSJomo     libs::spinlock::{SpinLock, SpinLockGuard},
1840fe15e0SLoGin };
1940fe15e0SLoGin 
2040fe15e0SLoGin use super::{
2156cc4dbeSJomo     allocator::page_frame::FrameAllocator, syscall::ProtFlags, ucontext::LockedVMA,
2256cc4dbeSJomo     MemoryManagementArch, PageTableKind, PhysAddr, VirtAddr,
2340fe15e0SLoGin };
2440fe15e0SLoGin 
2523ef2b33SLoGin pub const PAGE_4K_SHIFT: usize = 12;
2623ef2b33SLoGin #[allow(dead_code)]
2723ef2b33SLoGin pub const PAGE_2M_SHIFT: usize = 21;
2823ef2b33SLoGin pub const PAGE_1G_SHIFT: usize = 30;
2923ef2b33SLoGin 
30*370472f7SLoGin pub const PAGE_4K_SIZE: usize = 1 << PAGE_4K_SHIFT;
31*370472f7SLoGin pub const PAGE_2M_SIZE: usize = 1 << PAGE_2M_SHIFT;
32*370472f7SLoGin 
3356cc4dbeSJomo /// 全局物理页信息管理器
3456cc4dbeSJomo pub static mut PAGE_MANAGER: Option<SpinLock<PageManager>> = None;
3556cc4dbeSJomo 
3656cc4dbeSJomo /// 初始化PAGE_MANAGER
3756cc4dbeSJomo pub fn page_manager_init() {
3856cc4dbeSJomo     kinfo!("page_manager_init");
3956cc4dbeSJomo     let page_manager = SpinLock::new(PageManager::new());
4056cc4dbeSJomo 
4156cc4dbeSJomo     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4256cc4dbeSJomo     unsafe { PAGE_MANAGER = Some(page_manager) };
4356cc4dbeSJomo     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4456cc4dbeSJomo 
4556cc4dbeSJomo     kinfo!("page_manager_init done");
4656cc4dbeSJomo }
4756cc4dbeSJomo 
486fc066acSJomo pub fn page_manager_lock_irqsave() -> SpinLockGuard<'static, PageManager> {
4956cc4dbeSJomo     unsafe { PAGE_MANAGER.as_ref().unwrap().lock_irqsave() }
5056cc4dbeSJomo }
5156cc4dbeSJomo 
5256cc4dbeSJomo // 物理页管理器
5356cc4dbeSJomo pub struct PageManager {
5456cc4dbeSJomo     phys2page: HashMap<PhysAddr, Page>,
5556cc4dbeSJomo }
5656cc4dbeSJomo 
5756cc4dbeSJomo impl PageManager {
5856cc4dbeSJomo     pub fn new() -> Self {
5956cc4dbeSJomo         Self {
6056cc4dbeSJomo             phys2page: HashMap::new(),
6156cc4dbeSJomo         }
6256cc4dbeSJomo     }
6356cc4dbeSJomo 
646fc066acSJomo     pub fn contains(&self, paddr: &PhysAddr) -> bool {
656fc066acSJomo         self.phys2page.contains_key(paddr)
666fc066acSJomo     }
676fc066acSJomo 
686fc066acSJomo     pub fn get(&self, paddr: &PhysAddr) -> Option<&Page> {
696fc066acSJomo         self.phys2page.get(paddr)
706fc066acSJomo     }
716fc066acSJomo 
7256cc4dbeSJomo     pub fn get_mut(&mut self, paddr: &PhysAddr) -> &mut Page {
7356cc4dbeSJomo         self.phys2page.get_mut(paddr).unwrap()
7456cc4dbeSJomo     }
7556cc4dbeSJomo 
7656cc4dbeSJomo     pub fn insert(&mut self, paddr: PhysAddr, page: Page) {
7756cc4dbeSJomo         self.phys2page.insert(paddr, page);
7856cc4dbeSJomo     }
7956cc4dbeSJomo 
8056cc4dbeSJomo     pub fn remove_page(&mut self, paddr: &PhysAddr) {
8156cc4dbeSJomo         self.phys2page.remove(paddr);
8256cc4dbeSJomo     }
8356cc4dbeSJomo }
8456cc4dbeSJomo 
8556cc4dbeSJomo /// 物理页面信息
8656cc4dbeSJomo pub struct Page {
8756cc4dbeSJomo     /// 映射计数
8856cc4dbeSJomo     map_count: usize,
8956cc4dbeSJomo     /// 是否为共享页
9056cc4dbeSJomo     shared: bool,
916fc066acSJomo     /// 映射计数为0时,是否可回收
926fc066acSJomo     free_when_zero: bool,
936fc066acSJomo     /// 共享页id(如果是共享页)
946fc066acSJomo     shm_id: Option<ShmId>,
9556cc4dbeSJomo     /// 映射到当前page的VMA
9656cc4dbeSJomo     anon_vma: HashSet<Arc<LockedVMA>>,
9756cc4dbeSJomo }
9856cc4dbeSJomo 
9956cc4dbeSJomo impl Page {
10056cc4dbeSJomo     pub fn new(shared: bool) -> Self {
1016fc066acSJomo         let dealloc_when_zero = !shared;
10256cc4dbeSJomo         Self {
10356cc4dbeSJomo             map_count: 0,
10456cc4dbeSJomo             shared,
1056fc066acSJomo             free_when_zero: dealloc_when_zero,
1066fc066acSJomo             shm_id: None,
10756cc4dbeSJomo             anon_vma: HashSet::new(),
10856cc4dbeSJomo         }
10956cc4dbeSJomo     }
11056cc4dbeSJomo 
11156cc4dbeSJomo     /// 将vma加入anon_vma
11256cc4dbeSJomo     pub fn insert_vma(&mut self, vma: Arc<LockedVMA>) {
11356cc4dbeSJomo         self.anon_vma.insert(vma);
11456cc4dbeSJomo         self.map_count += 1;
11556cc4dbeSJomo     }
11656cc4dbeSJomo 
11756cc4dbeSJomo     /// 将vma从anon_vma中删去
11856cc4dbeSJomo     pub fn remove_vma(&mut self, vma: &LockedVMA) {
11956cc4dbeSJomo         self.anon_vma.remove(vma);
12056cc4dbeSJomo         self.map_count -= 1;
12156cc4dbeSJomo     }
12256cc4dbeSJomo 
12356cc4dbeSJomo     /// 判断当前物理页是否能被回
12456cc4dbeSJomo     pub fn can_deallocate(&self) -> bool {
1256fc066acSJomo         self.map_count == 0 && self.free_when_zero
1266fc066acSJomo     }
1276fc066acSJomo 
1286fc066acSJomo     pub fn shared(&self) -> bool {
1296fc066acSJomo         self.shared
1306fc066acSJomo     }
1316fc066acSJomo 
1326fc066acSJomo     pub fn shm_id(&self) -> Option<ShmId> {
1336fc066acSJomo         self.shm_id
1346fc066acSJomo     }
1356fc066acSJomo 
1366fc066acSJomo     pub fn set_shm_id(&mut self, shm_id: ShmId) {
1376fc066acSJomo         self.shm_id = Some(shm_id);
1386fc066acSJomo     }
1396fc066acSJomo 
1406fc066acSJomo     pub fn set_dealloc_when_zero(&mut self, dealloc_when_zero: bool) {
1416fc066acSJomo         self.free_when_zero = dealloc_when_zero;
1426fc066acSJomo     }
1436fc066acSJomo 
1446fc066acSJomo     pub fn anon_vma(&self) -> &HashSet<Arc<LockedVMA>> {
1456fc066acSJomo         &self.anon_vma
14656cc4dbeSJomo     }
14756cc4dbeSJomo }
14856cc4dbeSJomo 
14940fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
15040fe15e0SLoGin pub struct PageTable<Arch> {
15140fe15e0SLoGin     /// 当前页表表示的虚拟地址空间的起始地址
15240fe15e0SLoGin     base: VirtAddr,
15340fe15e0SLoGin     /// 当前页表所在的物理地址
15440fe15e0SLoGin     phys: PhysAddr,
15540fe15e0SLoGin     /// 当前页表的层级(请注意,最顶级页表的level为[Arch::PAGE_LEVELS - 1])
15640fe15e0SLoGin     level: usize,
15740fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
15840fe15e0SLoGin }
15940fe15e0SLoGin 
16040fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
16140fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageTable<Arch> {
16240fe15e0SLoGin     pub unsafe fn new(base: VirtAddr, phys: PhysAddr, level: usize) -> Self {
16340fe15e0SLoGin         Self {
16440fe15e0SLoGin             base,
16540fe15e0SLoGin             phys,
16640fe15e0SLoGin             level,
16740fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
16840fe15e0SLoGin         }
16940fe15e0SLoGin     }
17040fe15e0SLoGin 
17140fe15e0SLoGin     /// 获取顶级页表
17240fe15e0SLoGin     ///
17340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
17440fe15e0SLoGin     ///
17540fe15e0SLoGin     /// - table_kind 页表类型
17640fe15e0SLoGin     ///
17740fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
17840fe15e0SLoGin     ///
17940fe15e0SLoGin     /// 返回顶级页表
18040fe15e0SLoGin     pub unsafe fn top_level_table(table_kind: PageTableKind) -> Self {
18140fe15e0SLoGin         return Self::new(
18240fe15e0SLoGin             VirtAddr::new(0),
18340fe15e0SLoGin             Arch::table(table_kind),
18440fe15e0SLoGin             Arch::PAGE_LEVELS - 1,
18540fe15e0SLoGin         );
18640fe15e0SLoGin     }
18740fe15e0SLoGin 
18840fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的物理地址
18940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
19040fe15e0SLoGin     pub fn phys(&self) -> PhysAddr {
19140fe15e0SLoGin         self.phys
19240fe15e0SLoGin     }
19340fe15e0SLoGin 
19440fe15e0SLoGin     /// 当前页表表示的虚拟地址空间的起始地址
19540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
19640fe15e0SLoGin     pub fn base(&self) -> VirtAddr {
19740fe15e0SLoGin         self.base
19840fe15e0SLoGin     }
19940fe15e0SLoGin 
20040fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的层级
20140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
20240fe15e0SLoGin     pub fn level(&self) -> usize {
20340fe15e0SLoGin         self.level
20440fe15e0SLoGin     }
20540fe15e0SLoGin 
20640fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表自身所在的虚拟地址
20740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
20840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn virt(&self) -> VirtAddr {
20940fe15e0SLoGin         return Arch::phys_2_virt(self.phys).unwrap();
21040fe15e0SLoGin     }
21140fe15e0SLoGin 
21240fe15e0SLoGin     /// 获取第i个页表项所表示的虚拟内存空间的起始地址
21340fe15e0SLoGin     pub fn entry_base(&self, i: usize) -> Option<VirtAddr> {
21440fe15e0SLoGin         if i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM {
21540fe15e0SLoGin             let shift = self.level * Arch::PAGE_ENTRY_SHIFT + Arch::PAGE_SHIFT;
21640fe15e0SLoGin             return Some(self.base.add(i << shift));
21740fe15e0SLoGin         } else {
21840fe15e0SLoGin             return None;
21940fe15e0SLoGin         }
22040fe15e0SLoGin     }
22140fe15e0SLoGin 
22240fe15e0SLoGin     /// 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)
22340fe15e0SLoGin     pub unsafe fn entry_virt(&self, i: usize) -> Option<VirtAddr> {
22440fe15e0SLoGin         if i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM {
22540fe15e0SLoGin             return Some(self.virt().add(i * Arch::PAGE_ENTRY_SIZE));
22640fe15e0SLoGin         } else {
22740fe15e0SLoGin             return None;
22840fe15e0SLoGin         }
22940fe15e0SLoGin     }
23040fe15e0SLoGin 
23140fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的第i个页表项
23240fe15e0SLoGin     pub unsafe fn entry(&self, i: usize) -> Option<PageEntry<Arch>> {
23340fe15e0SLoGin         let entry_virt = self.entry_virt(i)?;
2347a29d4fcSLoGin         return Some(PageEntry::from_usize(Arch::read::<usize>(entry_virt)));
23540fe15e0SLoGin     }
23640fe15e0SLoGin 
23740fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表的第i个页表项
23840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn set_entry(&self, i: usize, entry: PageEntry<Arch>) -> Option<()> {
23940fe15e0SLoGin         let entry_virt = self.entry_virt(i)?;
24040fe15e0SLoGin         Arch::write::<usize>(entry_virt, entry.data());
24140fe15e0SLoGin         return Some(());
24240fe15e0SLoGin     }
24340fe15e0SLoGin 
24440fe15e0SLoGin     /// 判断当前页表的第i个页表项是否已经填写了值
24540fe15e0SLoGin     ///
24640fe15e0SLoGin     /// ## 参数
24740fe15e0SLoGin     /// - Some(true) 如果已经填写了值
24840fe15e0SLoGin     /// - Some(false) 如果未填写值
24940fe15e0SLoGin     /// - None 如果i超出了页表项的范围
25040fe15e0SLoGin     pub fn entry_mapped(&self, i: usize) -> Option<bool> {
25140fe15e0SLoGin         let etv = unsafe { self.entry_virt(i) }?;
25240fe15e0SLoGin         if unsafe { Arch::read::<usize>(etv) } != 0 {
25340fe15e0SLoGin             return Some(true);
25440fe15e0SLoGin         } else {
25540fe15e0SLoGin             return Some(false);
25640fe15e0SLoGin         }
25740fe15e0SLoGin     }
25840fe15e0SLoGin 
25940fe15e0SLoGin     /// 根据虚拟地址,获取对应的页表项在页表中的下标
26040fe15e0SLoGin     ///
26140fe15e0SLoGin     /// ## 参数
26240fe15e0SLoGin     ///
26340fe15e0SLoGin     /// - addr: 虚拟地址
26440fe15e0SLoGin     ///
26540fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
26640fe15e0SLoGin     ///
26740fe15e0SLoGin     /// 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
26840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn index_of(&self, addr: VirtAddr) -> Option<usize> {
26940fe15e0SLoGin         let addr = VirtAddr::new(addr.data() & Arch::PAGE_ADDRESS_MASK);
27040fe15e0SLoGin         let shift = self.level * Arch::PAGE_ENTRY_SHIFT + Arch::PAGE_SHIFT;
27140fe15e0SLoGin 
27240fe15e0SLoGin         let mask = (MMArch::PAGE_ENTRY_NUM << shift) - 1;
27340fe15e0SLoGin         if addr < self.base || addr >= self.base.add(mask) {
27440fe15e0SLoGin             return None;
27540fe15e0SLoGin         } else {
27640fe15e0SLoGin             return Some((addr.data() >> shift) & MMArch::PAGE_ENTRY_MASK);
27740fe15e0SLoGin         }
27840fe15e0SLoGin     }
27940fe15e0SLoGin 
28040fe15e0SLoGin     /// 获取第i个页表项指向的下一级页表
28140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn next_level_table(&self, index: usize) -> Option<Self> {
28240fe15e0SLoGin         if self.level == 0 {
28340fe15e0SLoGin             return None;
28440fe15e0SLoGin         }
28540fe15e0SLoGin 
28640fe15e0SLoGin         // 返回下一级页表
28740fe15e0SLoGin         return Some(PageTable::new(
28840fe15e0SLoGin             self.entry_base(index)?,
28940fe15e0SLoGin             self.entry(index)?.address().ok()?,
29040fe15e0SLoGin             self.level - 1,
29140fe15e0SLoGin         ));
29240fe15e0SLoGin     }
29340fe15e0SLoGin }
29440fe15e0SLoGin 
29540fe15e0SLoGin /// 页表项
29640fe15e0SLoGin #[derive(Copy, Clone)]
29740fe15e0SLoGin pub struct PageEntry<Arch> {
29840fe15e0SLoGin     data: usize,
29940fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
30040fe15e0SLoGin }
30140fe15e0SLoGin 
30240fe15e0SLoGin impl<Arch> Debug for PageEntry<Arch> {
30340fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> Result<(), Error> {
30440fe15e0SLoGin         f.write_fmt(format_args!("PageEntry({:#x})", self.data))
30540fe15e0SLoGin     }
30640fe15e0SLoGin }
30740fe15e0SLoGin 
30840fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageEntry<Arch> {
30940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
3107a29d4fcSLoGin     pub fn new(paddr: PhysAddr, flags: PageFlags<Arch>) -> Self {
3117a29d4fcSLoGin         Self {
3127a29d4fcSLoGin             data: MMArch::make_entry(paddr, flags.data()),
3137a29d4fcSLoGin             phantom: PhantomData,
3147a29d4fcSLoGin         }
3157a29d4fcSLoGin     }
3167a29d4fcSLoGin     #[inline(always)]
3177a29d4fcSLoGin     pub fn from_usize(data: usize) -> Self {
31840fe15e0SLoGin         Self {
31940fe15e0SLoGin             data,
32040fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
32140fe15e0SLoGin         }
32240fe15e0SLoGin     }
32340fe15e0SLoGin 
32440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
32540fe15e0SLoGin     pub fn data(&self) -> usize {
32640fe15e0SLoGin         self.data
32740fe15e0SLoGin     }
32840fe15e0SLoGin 
32940fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项指向的物理地址
33040fe15e0SLoGin     ///
33140fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
33240fe15e0SLoGin     ///
33340fe15e0SLoGin     /// - Ok(PhysAddr) 如果当前页面存在于物理内存中, 返回物理地址
33440fe15e0SLoGin     /// - Err(PhysAddr) 如果当前页表项不存在, 返回物理地址
33540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
33640fe15e0SLoGin     pub fn address(&self) -> Result<PhysAddr, PhysAddr> {
3377a29d4fcSLoGin         let paddr: PhysAddr = {
3387a29d4fcSLoGin             #[cfg(target_arch = "x86_64")]
3397a29d4fcSLoGin             {
3407a29d4fcSLoGin                 PhysAddr::new(self.data & Arch::PAGE_ADDRESS_MASK)
3417a29d4fcSLoGin             }
3427a29d4fcSLoGin 
3437a29d4fcSLoGin             #[cfg(target_arch = "riscv64")]
3447a29d4fcSLoGin             {
345453452ccSLoGin                 let ppn = ((self.data & (!((1 << 10) - 1))) >> 10) & ((1 << 54) - 1);
3467a29d4fcSLoGin                 super::allocator::page_frame::PhysPageFrame::from_ppn(ppn).phys_address()
3477a29d4fcSLoGin             }
3487a29d4fcSLoGin         };
34940fe15e0SLoGin 
35040fe15e0SLoGin         if self.present() {
35140fe15e0SLoGin             Ok(paddr)
35240fe15e0SLoGin         } else {
35340fe15e0SLoGin             Err(paddr)
35440fe15e0SLoGin         }
35540fe15e0SLoGin     }
35640fe15e0SLoGin 
35740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
35840fe15e0SLoGin     pub fn flags(&self) -> PageFlags<Arch> {
35940fe15e0SLoGin         unsafe { PageFlags::from_data(self.data & Arch::ENTRY_FLAGS_MASK) }
36040fe15e0SLoGin     }
36140fe15e0SLoGin 
36240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
36340fe15e0SLoGin     pub fn set_flags(&mut self, flags: PageFlags<Arch>) {
36440fe15e0SLoGin         self.data = (self.data & !Arch::ENTRY_FLAGS_MASK) | flags.data();
36540fe15e0SLoGin     }
36640fe15e0SLoGin 
36740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
36840fe15e0SLoGin     pub fn present(&self) -> bool {
36940fe15e0SLoGin         return self.data & Arch::ENTRY_FLAG_PRESENT != 0;
37040fe15e0SLoGin     }
37140fe15e0SLoGin }
37240fe15e0SLoGin 
37340fe15e0SLoGin /// 页表项的标志位
37440fe15e0SLoGin #[derive(Copy, Clone, Hash)]
37540fe15e0SLoGin pub struct PageFlags<Arch> {
37640fe15e0SLoGin     data: usize,
37740fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
37840fe15e0SLoGin }
37940fe15e0SLoGin 
38040fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
38140fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlags<Arch> {
38240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
38340fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
38440fe15e0SLoGin         let mut r = unsafe {
38540fe15e0SLoGin             Self::from_data(
38640fe15e0SLoGin                 Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_PAGE
38740fe15e0SLoGin                     | Arch::ENTRY_FLAG_READONLY
38840fe15e0SLoGin                     | Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC,
38940fe15e0SLoGin             )
39040fe15e0SLoGin         };
39140fe15e0SLoGin 
39240fe15e0SLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
39340fe15e0SLoGin         {
39440fe15e0SLoGin             if crate::arch::mm::X86_64MMArch::is_xd_reserved() {
39540fe15e0SLoGin                 r = r.set_execute(true);
39640fe15e0SLoGin             }
39740fe15e0SLoGin         }
39840fe15e0SLoGin 
39940fe15e0SLoGin         return r;
40040fe15e0SLoGin     }
40140fe15e0SLoGin 
40240fe15e0SLoGin     /// 根据ProtFlags生成PageFlags
40340fe15e0SLoGin     ///
40440fe15e0SLoGin     /// ## 参数
40540fe15e0SLoGin     ///
40640fe15e0SLoGin     /// - prot_flags: 页的保护标志
40740fe15e0SLoGin     /// - user: 用户空间是否可访问
40840fe15e0SLoGin     pub fn from_prot_flags(prot_flags: ProtFlags, user: bool) -> PageFlags<Arch> {
40940fe15e0SLoGin         let flags: PageFlags<Arch> = PageFlags::new()
41040fe15e0SLoGin             .set_user(user)
41140fe15e0SLoGin             .set_execute(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_EXEC))
41240fe15e0SLoGin             .set_write(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_WRITE));
41340fe15e0SLoGin 
41440fe15e0SLoGin         return flags;
41540fe15e0SLoGin     }
41640fe15e0SLoGin 
41740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
41840fe15e0SLoGin     pub fn data(&self) -> usize {
41940fe15e0SLoGin         self.data
42040fe15e0SLoGin     }
42140fe15e0SLoGin 
42240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
42340fe15e0SLoGin     pub const unsafe fn from_data(data: usize) -> Self {
42440fe15e0SLoGin         return Self {
425b5b571e0SLoGin             data,
42640fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
42740fe15e0SLoGin         };
42840fe15e0SLoGin     }
42940fe15e0SLoGin 
43040fe15e0SLoGin     /// 为新页表的页表项设置默认值
43140fe15e0SLoGin     ///
43240fe15e0SLoGin     /// 默认值为:
43340fe15e0SLoGin     /// - present
43440fe15e0SLoGin     /// - read only
43540fe15e0SLoGin     /// - kernel space
43640fe15e0SLoGin     /// - no exec
43740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
43840fe15e0SLoGin     pub fn new_page_table(user: bool) -> Self {
43940fe15e0SLoGin         return unsafe {
4407a29d4fcSLoGin             let r = {
4417a29d4fcSLoGin                 #[cfg(target_arch = "x86_64")]
4427a29d4fcSLoGin                 {
4437a29d4fcSLoGin                     Self::from_data(Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE | Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE)
4447a29d4fcSLoGin                 }
4457a29d4fcSLoGin 
4467a29d4fcSLoGin                 #[cfg(target_arch = "riscv64")]
4477a29d4fcSLoGin                 {
4487a29d4fcSLoGin                     // riscv64指向下一级页表的页表项,不应设置R/W/X权限位
4497a29d4fcSLoGin                     Self::from_data(Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE)
4507a29d4fcSLoGin                 }
4517a29d4fcSLoGin             };
45240fe15e0SLoGin             if user {
45340fe15e0SLoGin                 r.set_user(true)
45440fe15e0SLoGin             } else {
45540fe15e0SLoGin                 r
45640fe15e0SLoGin             }
45740fe15e0SLoGin         };
45840fe15e0SLoGin     }
45940fe15e0SLoGin 
46040fe15e0SLoGin     /// 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。
46140fe15e0SLoGin     ///
46240fe15e0SLoGin     /// ## 参数
46340fe15e0SLoGin     /// - flag 要更新的标志位的值
46440fe15e0SLoGin     /// - value 如果为true,那么将flag对应的位设置为1,否则设置为0
46540fe15e0SLoGin     ///
46640fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
46740fe15e0SLoGin     ///
46840fe15e0SLoGin     /// 更新后的页表项
46940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
47040fe15e0SLoGin     #[must_use]
47140fe15e0SLoGin     pub fn update_flags(mut self, flag: usize, value: bool) -> Self {
47240fe15e0SLoGin         if value {
47340fe15e0SLoGin             self.data |= flag;
47440fe15e0SLoGin         } else {
47540fe15e0SLoGin             self.data &= !flag;
47640fe15e0SLoGin         }
47740fe15e0SLoGin         return self;
47840fe15e0SLoGin     }
47940fe15e0SLoGin 
48040fe15e0SLoGin     /// 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)
48140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
48240fe15e0SLoGin     pub fn has_flag(&self, flag: usize) -> bool {
48340fe15e0SLoGin         return self.data & flag == flag;
48440fe15e0SLoGin     }
48540fe15e0SLoGin 
48640fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
48740fe15e0SLoGin     pub fn present(&self) -> bool {
48840fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_PRESENT);
48940fe15e0SLoGin     }
49040fe15e0SLoGin 
49140fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的权限
49240fe15e0SLoGin     ///
49340fe15e0SLoGin     /// @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
49440fe15e0SLoGin     #[must_use]
49540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
49640fe15e0SLoGin     pub fn set_user(self, value: bool) -> Self {
49740fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_USER, value);
49840fe15e0SLoGin     }
49940fe15e0SLoGin 
50040fe15e0SLoGin     /// 用户态是否可以访问当前页表项
50140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
50240fe15e0SLoGin     pub fn has_user(&self) -> bool {
50340fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_USER);
50440fe15e0SLoGin     }
50540fe15e0SLoGin 
50640fe15e0SLoGin     /// 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
50740fe15e0SLoGin     ///
50840fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
50940fe15e0SLoGin     ///
51040fe15e0SLoGin     /// 更新后的页表项.
51140fe15e0SLoGin     ///
51240fe15e0SLoGin     /// **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
51340fe15e0SLoGin     #[must_use]
51440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
51540fe15e0SLoGin     pub fn set_write(self, value: bool) -> Self {
5167a29d4fcSLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
5177a29d4fcSLoGin         {
51840fe15e0SLoGin             // 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
51940fe15e0SLoGin             return self
52040fe15e0SLoGin                 .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READONLY, !value)
52140fe15e0SLoGin                 .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE, value);
52240fe15e0SLoGin         }
52340fe15e0SLoGin 
5247a29d4fcSLoGin         #[cfg(target_arch = "riscv64")]
5257a29d4fcSLoGin         {
5267a29d4fcSLoGin             if value {
5277a29d4fcSLoGin                 return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE, true);
5287a29d4fcSLoGin             } else {
5297a29d4fcSLoGin                 return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READONLY, true);
5307a29d4fcSLoGin             }
5317a29d4fcSLoGin         }
5327a29d4fcSLoGin     }
5337a29d4fcSLoGin 
53440fe15e0SLoGin     /// 当前页表项是否可写
53540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
53640fe15e0SLoGin     pub fn has_write(&self) -> bool {
53740fe15e0SLoGin         // 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
53840fe15e0SLoGin         return self.data & (Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE | Arch::ENTRY_FLAG_READONLY)
53940fe15e0SLoGin             == Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE;
54040fe15e0SLoGin     }
54140fe15e0SLoGin 
54240fe15e0SLoGin     /// 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
54340fe15e0SLoGin     #[must_use]
54440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
54540fe15e0SLoGin     pub fn set_execute(self, mut value: bool) -> Self {
54640fe15e0SLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
54740fe15e0SLoGin         {
54840fe15e0SLoGin             // 如果xd位被保留,那么将可执行性设置为true
54940fe15e0SLoGin             if crate::arch::mm::X86_64MMArch::is_xd_reserved() {
55040fe15e0SLoGin                 value = true;
55140fe15e0SLoGin             }
55240fe15e0SLoGin         }
55340fe15e0SLoGin 
55440fe15e0SLoGin         // 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
55540fe15e0SLoGin         return self
55640fe15e0SLoGin             .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC, !value)
55740fe15e0SLoGin             .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_EXEC, value);
55840fe15e0SLoGin     }
55940fe15e0SLoGin 
56040fe15e0SLoGin     /// 当前页表项是否可执行
56140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
56240fe15e0SLoGin     pub fn has_execute(&self) -> bool {
56340fe15e0SLoGin         // 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
56440fe15e0SLoGin         return self.data & (Arch::ENTRY_FLAG_EXEC | Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC)
56540fe15e0SLoGin             == Arch::ENTRY_FLAG_EXEC;
56640fe15e0SLoGin     }
56740fe15e0SLoGin 
56840fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的缓存策略
56940fe15e0SLoGin     ///
57040fe15e0SLoGin     /// ## 参数
57140fe15e0SLoGin     ///
57240fe15e0SLoGin     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的缓存策略设置为不缓存。
57340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
57440fe15e0SLoGin     pub fn set_page_cache_disable(self, value: bool) -> Self {
57540fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE, value);
57640fe15e0SLoGin     }
57740fe15e0SLoGin 
57840fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项的缓存策略
57940fe15e0SLoGin     ///
58040fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
58140fe15e0SLoGin     ///
58240fe15e0SLoGin     /// 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。
58340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
58440fe15e0SLoGin     pub fn has_page_cache_disable(&self) -> bool {
58540fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE);
58640fe15e0SLoGin     }
58740fe15e0SLoGin 
58840fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的写穿策略
58940fe15e0SLoGin     ///
59040fe15e0SLoGin     /// ## 参数
59140fe15e0SLoGin     ///
59240fe15e0SLoGin     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的写穿策略设置为写穿。
59340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
59440fe15e0SLoGin     pub fn set_page_write_through(self, value: bool) -> Self {
59540fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH, value);
59640fe15e0SLoGin     }
59740fe15e0SLoGin 
59840fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项的写穿策略
59940fe15e0SLoGin     ///
60040fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
60140fe15e0SLoGin     ///
60240fe15e0SLoGin     /// 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。
60340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
60440fe15e0SLoGin     pub fn has_page_write_through(&self) -> bool {
60540fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH);
60640fe15e0SLoGin     }
60740fe15e0SLoGin 
60840fe15e0SLoGin     /// MMIO内存的页表项标志
60940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
61040fe15e0SLoGin     pub fn mmio_flags() -> Self {
61140fe15e0SLoGin         return Self::new()
61240fe15e0SLoGin             .set_user(false)
61340fe15e0SLoGin             .set_write(true)
61440fe15e0SLoGin             .set_execute(true)
61540fe15e0SLoGin             .set_page_cache_disable(true)
61640fe15e0SLoGin             .set_page_write_through(true);
61740fe15e0SLoGin     }
61840fe15e0SLoGin }
61940fe15e0SLoGin 
62040fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> fmt::Debug for PageFlags<Arch> {
62140fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
62240fe15e0SLoGin         f.debug_struct("PageFlags")
62340fe15e0SLoGin             .field("bits", &format_args!("{:#0x}", self.data))
62440fe15e0SLoGin             .field("present", &self.present())
62540fe15e0SLoGin             .field("has_write", &self.has_write())
62640fe15e0SLoGin             .field("has_execute", &self.has_execute())
62740fe15e0SLoGin             .field("has_user", &self.has_user())
62840fe15e0SLoGin             .finish()
62940fe15e0SLoGin     }
63040fe15e0SLoGin }
63140fe15e0SLoGin 
63240fe15e0SLoGin /// 页表映射器
63340fe15e0SLoGin #[derive(Hash)]
63440fe15e0SLoGin pub struct PageMapper<Arch, F> {
63540fe15e0SLoGin     /// 页表类型
63640fe15e0SLoGin     table_kind: PageTableKind,
63740fe15e0SLoGin     /// 根页表物理地址
63840fe15e0SLoGin     table_paddr: PhysAddr,
63940fe15e0SLoGin     /// 页分配器
64040fe15e0SLoGin     frame_allocator: F,
64140fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<fn() -> Arch>,
64240fe15e0SLoGin }
64340fe15e0SLoGin 
64440fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch, F: FrameAllocator> PageMapper<Arch, F> {
64540fe15e0SLoGin     /// 创建新的页面映射器
64640fe15e0SLoGin     ///
64740fe15e0SLoGin     /// ## 参数
64840fe15e0SLoGin     /// - table_kind 页表类型
64940fe15e0SLoGin     /// - table_paddr 根页表物理地址
65040fe15e0SLoGin     /// - allocator 页分配器
65140fe15e0SLoGin     ///
65240fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
65340fe15e0SLoGin     ///
65440fe15e0SLoGin     /// 页面映射器
65540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn new(table_kind: PageTableKind, table_paddr: PhysAddr, allocator: F) -> Self {
65640fe15e0SLoGin         return Self {
65740fe15e0SLoGin             table_kind,
65840fe15e0SLoGin             table_paddr,
65940fe15e0SLoGin             frame_allocator: allocator,
66040fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
66140fe15e0SLoGin         };
66240fe15e0SLoGin     }
66340fe15e0SLoGin 
66440fe15e0SLoGin     /// 创建页表,并为这个页表创建页面映射器
66540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn create(table_kind: PageTableKind, mut allocator: F) -> Option<Self> {
66640fe15e0SLoGin         let table_paddr = allocator.allocate_one()?;
66740fe15e0SLoGin         // 清空页表
66840fe15e0SLoGin         let table_vaddr = Arch::phys_2_virt(table_paddr)?;
66940fe15e0SLoGin         Arch::write_bytes(table_vaddr, 0, Arch::PAGE_SIZE);
67040fe15e0SLoGin         return Some(Self::new(table_kind, table_paddr, allocator));
67140fe15e0SLoGin     }
67240fe15e0SLoGin 
67340fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的页面映射器
67440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
67540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn current(table_kind: PageTableKind, allocator: F) -> Self {
67640fe15e0SLoGin         let table_paddr = Arch::table(table_kind);
67740fe15e0SLoGin         return Self::new(table_kind, table_paddr, allocator);
67840fe15e0SLoGin     }
67940fe15e0SLoGin 
68040fe15e0SLoGin     /// 判断当前页表分配器所属的页表是否是当前页表
68140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
68240fe15e0SLoGin     pub fn is_current(&self) -> bool {
68340fe15e0SLoGin         return unsafe { self.table().phys() == Arch::table(self.table_kind) };
68440fe15e0SLoGin     }
68540fe15e0SLoGin 
68640fe15e0SLoGin     /// 将当前页表分配器所属的页表设置为当前页表
68740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
68840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn make_current(&self) {
68940fe15e0SLoGin         Arch::set_table(self.table_kind, self.table_paddr);
69040fe15e0SLoGin     }
69140fe15e0SLoGin 
69240fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表分配器所属的根页表的结构体
69340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
69440fe15e0SLoGin     pub fn table(&self) -> PageTable<Arch> {
69540fe15e0SLoGin         // 由于只能通过new方法创建PageMapper,因此这里假定table_paddr是有效的
69640fe15e0SLoGin         return unsafe {
69740fe15e0SLoGin             PageTable::new(VirtAddr::new(0), self.table_paddr, Arch::PAGE_LEVELS - 1)
69840fe15e0SLoGin         };
69940fe15e0SLoGin     }
70040fe15e0SLoGin 
70140fe15e0SLoGin     /// 获取当前PageMapper所对应的页分配器实例的引用
70240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
70340fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
70440fe15e0SLoGin     pub fn allocator_ref(&self) -> &F {
70540fe15e0SLoGin         return &self.frame_allocator;
70640fe15e0SLoGin     }
70740fe15e0SLoGin 
70840fe15e0SLoGin     /// 获取当前PageMapper所对应的页分配器实例的可变引用
70940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
71040fe15e0SLoGin     pub fn allocator_mut(&mut self) -> &mut F {
71140fe15e0SLoGin         return &mut self.frame_allocator;
71240fe15e0SLoGin     }
71340fe15e0SLoGin 
71440fe15e0SLoGin     /// 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
71540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map(
71640fe15e0SLoGin         &mut self,
71740fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
71840fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
71940fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
72040fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
72140fe15e0SLoGin         let phys: PhysAddr = self.frame_allocator.allocate_one()?;
72240fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
72356cc4dbeSJomo 
7246fc066acSJomo         let mut page_manager_guard: SpinLockGuard<'static, PageManager> =
7256fc066acSJomo             page_manager_lock_irqsave();
7266fc066acSJomo         if !page_manager_guard.contains(&phys) {
7276fc066acSJomo             page_manager_guard.insert(phys, Page::new(false))
7286fc066acSJomo         }
7296fc066acSJomo 
73040fe15e0SLoGin         return self.map_phys(virt, phys, flags);
73140fe15e0SLoGin     }
73240fe15e0SLoGin 
73340fe15e0SLoGin     /// 映射一个物理页到指定的虚拟地址
73440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map_phys(
73540fe15e0SLoGin         &mut self,
73640fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
73740fe15e0SLoGin         phys: PhysAddr,
73840fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
73940fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
74040fe15e0SLoGin         // 验证虚拟地址和物理地址是否对齐
74140fe15e0SLoGin         if !(virt.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE) && phys.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE)) {
74240fe15e0SLoGin             kerror!(
74340fe15e0SLoGin                 "Try to map unaligned page: virt={:?}, phys={:?}",
74440fe15e0SLoGin                 virt,
74540fe15e0SLoGin                 phys
74640fe15e0SLoGin             );
74740fe15e0SLoGin             return None;
74840fe15e0SLoGin         }
7497a29d4fcSLoGin 
75040fe15e0SLoGin         let virt = VirtAddr::new(virt.data() & (!Arch::PAGE_NEGATIVE_MASK));
75140fe15e0SLoGin 
75240fe15e0SLoGin         // TODO: 验证flags是否合法
75340fe15e0SLoGin 
75440fe15e0SLoGin         // 创建页表项
7557a29d4fcSLoGin         let entry = PageEntry::new(phys, flags);
75640fe15e0SLoGin         let mut table = self.table();
75740fe15e0SLoGin         loop {
75840fe15e0SLoGin             let i = table.index_of(virt)?;
75940fe15e0SLoGin             assert!(i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM);
76040fe15e0SLoGin             if table.level() == 0 {
76140fe15e0SLoGin                 // todo: 检查是否已经映射
76240fe15e0SLoGin                 // 现在不检查的原因是,刚刚启动系统时,内核会映射一些页。
763b5b571e0SLoGin                 if table.entry_mapped(i)? {
76440fe15e0SLoGin                     kwarn!("Page {:?} already mapped", virt);
76540fe15e0SLoGin                 }
7667a29d4fcSLoGin 
76740fe15e0SLoGin                 compiler_fence(Ordering::SeqCst);
7687a29d4fcSLoGin 
76940fe15e0SLoGin                 table.set_entry(i, entry);
77040fe15e0SLoGin                 compiler_fence(Ordering::SeqCst);
77140fe15e0SLoGin                 return Some(PageFlush::new(virt));
77240fe15e0SLoGin             } else {
77340fe15e0SLoGin                 let next_table = table.next_level_table(i);
77440fe15e0SLoGin                 if let Some(next_table) = next_table {
77540fe15e0SLoGin                     table = next_table;
77640fe15e0SLoGin                     // kdebug!("Mapping {:?} to next level table...", virt);
77740fe15e0SLoGin                 } else {
77840fe15e0SLoGin                     // 分配下一级页表
77940fe15e0SLoGin                     let frame = self.frame_allocator.allocate_one()?;
7807a29d4fcSLoGin 
78140fe15e0SLoGin                     // 清空这个页帧
78240fe15e0SLoGin                     MMArch::write_bytes(MMArch::phys_2_virt(frame).unwrap(), 0, MMArch::PAGE_SIZE);
78340fe15e0SLoGin 
78440fe15e0SLoGin                     // 设置页表项的flags
7857a29d4fcSLoGin                     let flags: PageFlags<Arch> =
78640fe15e0SLoGin                         PageFlags::new_page_table(virt.kind() == PageTableKind::User);
78740fe15e0SLoGin 
78840fe15e0SLoGin                     // kdebug!("Flags: {:?}", flags);
78940fe15e0SLoGin 
79040fe15e0SLoGin                     // 把新分配的页表映射到当前页表
7917a29d4fcSLoGin                     table.set_entry(i, PageEntry::new(frame, flags));
79240fe15e0SLoGin 
79340fe15e0SLoGin                     // 获取新分配的页表
79440fe15e0SLoGin                     table = table.next_level_table(i)?;
79540fe15e0SLoGin                 }
79640fe15e0SLoGin             }
79740fe15e0SLoGin         }
79840fe15e0SLoGin     }
79940fe15e0SLoGin 
80040fe15e0SLoGin     /// 将物理地址映射到具有线性偏移量的虚拟地址
80140fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
80240fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map_linearly(
80340fe15e0SLoGin         &mut self,
80440fe15e0SLoGin         phys: PhysAddr,
80540fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
80640fe15e0SLoGin     ) -> Option<(VirtAddr, PageFlush<Arch>)> {
80740fe15e0SLoGin         let virt: VirtAddr = Arch::phys_2_virt(phys)?;
80840fe15e0SLoGin         return self.map_phys(virt, phys, flags).map(|flush| (virt, flush));
80940fe15e0SLoGin     }
81040fe15e0SLoGin 
81140fe15e0SLoGin     /// 修改虚拟地址的页表项的flags,并返回页表项刷新器
81240fe15e0SLoGin     ///
81340fe15e0SLoGin     /// 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
81440fe15e0SLoGin     ///
81540fe15e0SLoGin     /// ## 参数
81640fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
81740fe15e0SLoGin     /// - flags 新的页表项的flags
81840fe15e0SLoGin     ///
81940fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
82040fe15e0SLoGin     ///
82140fe15e0SLoGin     /// 如果修改成功,返回刷新器,否则返回None
82240fe15e0SLoGin     pub unsafe fn remap(
82340fe15e0SLoGin         &mut self,
82440fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
82540fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
82640fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
82740fe15e0SLoGin         return self
82840fe15e0SLoGin             .visit(virt, |p1, i| {
82940fe15e0SLoGin                 let mut entry = p1.entry(i)?;
83040fe15e0SLoGin                 entry.set_flags(flags);
83140fe15e0SLoGin                 p1.set_entry(i, entry);
83240fe15e0SLoGin                 Some(PageFlush::new(virt))
83340fe15e0SLoGin             })
83440fe15e0SLoGin             .flatten();
83540fe15e0SLoGin     }
83640fe15e0SLoGin 
83740fe15e0SLoGin     /// 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
83840fe15e0SLoGin     ///
83940fe15e0SLoGin     /// ## 参数
84040fe15e0SLoGin     ///
84140fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
84240fe15e0SLoGin     ///
84340fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
84440fe15e0SLoGin     ///
84540fe15e0SLoGin     /// 如果查找成功,返回物理地址和页表项的flags,否则返回None
84640fe15e0SLoGin     pub fn translate(&self, virt: VirtAddr) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>)> {
84740fe15e0SLoGin         let entry: PageEntry<Arch> = self.visit(virt, |p1, i| unsafe { p1.entry(i) })??;
84840fe15e0SLoGin         let paddr = entry.address().ok()?;
84940fe15e0SLoGin         let flags = entry.flags();
85040fe15e0SLoGin         return Some((paddr, flags));
85140fe15e0SLoGin     }
85240fe15e0SLoGin 
85340fe15e0SLoGin     /// 取消虚拟地址的映射,释放页面,并返回页表项刷新器
85440fe15e0SLoGin     ///
85540fe15e0SLoGin     /// 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
85640fe15e0SLoGin     ///
85740fe15e0SLoGin     /// ## 参数
85840fe15e0SLoGin     ///
85940fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
86040fe15e0SLoGin     /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
86140fe15e0SLoGin     ///
86240fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
86340fe15e0SLoGin     /// 如果取消成功,返回刷新器,否则返回None
8642dd9f0c7SLoGin     #[allow(dead_code)]
86540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap(&mut self, virt: VirtAddr, unmap_parents: bool) -> Option<PageFlush<Arch>> {
86640fe15e0SLoGin         let (paddr, _, flusher) = self.unmap_phys(virt, unmap_parents)?;
86740fe15e0SLoGin         self.frame_allocator.free_one(paddr);
86840fe15e0SLoGin         return Some(flusher);
86940fe15e0SLoGin     }
87040fe15e0SLoGin 
87140fe15e0SLoGin     /// 取消虚拟地址的映射,并返回物理地址和页表项的flags
87240fe15e0SLoGin     ///
87340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
87440fe15e0SLoGin     ///
87540fe15e0SLoGin     /// - vaddr 虚拟地址
87640fe15e0SLoGin     /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
87740fe15e0SLoGin     ///
87840fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
87940fe15e0SLoGin     ///
88040fe15e0SLoGin     /// 如果取消成功,返回物理地址和页表项的flags,否则返回None
88140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap_phys(
88240fe15e0SLoGin         &mut self,
88340fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
88440fe15e0SLoGin         unmap_parents: bool,
88540fe15e0SLoGin     ) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>, PageFlush<Arch>)> {
88640fe15e0SLoGin         if !virt.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE) {
88740fe15e0SLoGin             kerror!("Try to unmap unaligned page: virt={:?}", virt);
88840fe15e0SLoGin             return None;
88940fe15e0SLoGin         }
89040fe15e0SLoGin 
891b5b571e0SLoGin         let table = self.table();
892b5b571e0SLoGin         return unmap_phys_inner(virt, &table, unmap_parents, self.allocator_mut())
89340fe15e0SLoGin             .map(|(paddr, flags)| (paddr, flags, PageFlush::<Arch>::new(virt)));
89440fe15e0SLoGin     }
89540fe15e0SLoGin 
89640fe15e0SLoGin     /// 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
89740fe15e0SLoGin     fn visit<T>(
89840fe15e0SLoGin         &self,
89940fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
90040fe15e0SLoGin         f: impl FnOnce(&mut PageTable<Arch>, usize) -> T,
90140fe15e0SLoGin     ) -> Option<T> {
90240fe15e0SLoGin         let mut table = self.table();
90340fe15e0SLoGin         unsafe {
90440fe15e0SLoGin             loop {
90540fe15e0SLoGin                 let i = table.index_of(virt)?;
90640fe15e0SLoGin                 if table.level() == 0 {
90740fe15e0SLoGin                     return Some(f(&mut table, i));
90840fe15e0SLoGin                 } else {
90940fe15e0SLoGin                     table = table.next_level_table(i)?;
91040fe15e0SLoGin                 }
91140fe15e0SLoGin             }
91240fe15e0SLoGin         }
91340fe15e0SLoGin     }
91440fe15e0SLoGin }
91540fe15e0SLoGin 
91640fe15e0SLoGin /// 取消页面映射,返回被取消映射的页表项的:【物理地址】和【flags】
91740fe15e0SLoGin ///
91840fe15e0SLoGin /// ## 参数
91940fe15e0SLoGin ///
92040fe15e0SLoGin /// - vaddr 虚拟地址
92140fe15e0SLoGin /// - table 页表
92240fe15e0SLoGin /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
92340fe15e0SLoGin /// - 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)
92440fe15e0SLoGin ///
92540fe15e0SLoGin /// ## 返回值
92640fe15e0SLoGin ///
92740fe15e0SLoGin /// 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
92840fe15e0SLoGin unsafe fn unmap_phys_inner<Arch: MemoryManagementArch>(
92940fe15e0SLoGin     vaddr: VirtAddr,
930840045afSLoGin     table: &PageTable<Arch>,
93140fe15e0SLoGin     unmap_parents: bool,
93240fe15e0SLoGin     allocator: &mut impl FrameAllocator,
93340fe15e0SLoGin ) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>)> {
93440fe15e0SLoGin     // 获取页表项的索引
93540fe15e0SLoGin     let i = table.index_of(vaddr)?;
93640fe15e0SLoGin 
93740fe15e0SLoGin     // 如果当前是最后一级页表,直接取消页面映射
93840fe15e0SLoGin     if table.level() == 0 {
93940fe15e0SLoGin         let entry = table.entry(i)?;
9407a29d4fcSLoGin         table.set_entry(i, PageEntry::from_usize(0));
94140fe15e0SLoGin         return Some((entry.address().ok()?, entry.flags()));
94240fe15e0SLoGin     }
94340fe15e0SLoGin 
944b5b571e0SLoGin     let subtable = table.next_level_table(i)?;
94540fe15e0SLoGin     // 递归地取消映射
946b5b571e0SLoGin     let result = unmap_phys_inner(vaddr, &subtable, unmap_parents, allocator)?;
94740fe15e0SLoGin 
94840fe15e0SLoGin     // TODO: This is a bad idea for architectures where the kernel mappings are done in the process tables,
94940fe15e0SLoGin     // as these mappings may become out of sync
95040fe15e0SLoGin     if unmap_parents {
95140fe15e0SLoGin         // 如果子页表已经没有映射的页面了,就取消子页表的映射
95240fe15e0SLoGin 
95340fe15e0SLoGin         // 检查子页表中是否还有映射的页面
95440fe15e0SLoGin         let x = (0..Arch::PAGE_ENTRY_NUM)
95540fe15e0SLoGin             .map(|k| subtable.entry(k).expect("invalid page entry"))
95640fe15e0SLoGin             .any(|e| e.present());
95740fe15e0SLoGin         if !x {
95840fe15e0SLoGin             // 如果没有,就取消子页表的映射
9597a29d4fcSLoGin             table.set_entry(i, PageEntry::from_usize(0));
96040fe15e0SLoGin             // 释放子页表
96140fe15e0SLoGin             allocator.free_one(subtable.phys());
96240fe15e0SLoGin         }
96340fe15e0SLoGin     }
96440fe15e0SLoGin 
96540fe15e0SLoGin     return Some(result);
96640fe15e0SLoGin }
96740fe15e0SLoGin 
96840fe15e0SLoGin impl<Arch, F: Debug> Debug for PageMapper<Arch, F> {
96940fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
97040fe15e0SLoGin         f.debug_struct("PageMapper")
97140fe15e0SLoGin             .field("table_paddr", &self.table_paddr)
97240fe15e0SLoGin             .field("frame_allocator", &self.frame_allocator)
97340fe15e0SLoGin             .finish()
97440fe15e0SLoGin     }
97540fe15e0SLoGin }
97640fe15e0SLoGin 
97740fe15e0SLoGin /// 页表刷新器的trait
9787ae679ddSLoGin pub trait Flusher<Arch: MemoryManagementArch> {
97940fe15e0SLoGin     /// 取消对指定的page flusher的刷新
98040fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>);
98140fe15e0SLoGin }
98240fe15e0SLoGin 
98340fe15e0SLoGin /// 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,
98440fe15e0SLoGin /// 否则会造成对页表的更改被忽略,这是不安全的
98540fe15e0SLoGin #[must_use = "The flusher must call the 'flush()', or the changes to page table will be unsafely ignored."]
9867ae679ddSLoGin pub struct PageFlush<Arch: MemoryManagementArch> {
98740fe15e0SLoGin     virt: VirtAddr,
98840fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
98940fe15e0SLoGin }
99040fe15e0SLoGin 
99140fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlush<Arch> {
99240fe15e0SLoGin     pub fn new(virt: VirtAddr) -> Self {
99340fe15e0SLoGin         return Self {
99440fe15e0SLoGin             virt,
99540fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
99640fe15e0SLoGin         };
99740fe15e0SLoGin     }
99840fe15e0SLoGin 
99940fe15e0SLoGin     pub fn flush(self) {
100040fe15e0SLoGin         unsafe { Arch::invalidate_page(self.virt) };
100140fe15e0SLoGin     }
100240fe15e0SLoGin 
100340fe15e0SLoGin     /// 忽略掉这个刷新器
100440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn ignore(self) {
100540fe15e0SLoGin         mem::forget(self);
100640fe15e0SLoGin     }
100740fe15e0SLoGin }
100840fe15e0SLoGin 
10097ae679ddSLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Drop for PageFlush<Arch> {
10107ae679ddSLoGin     fn drop(&mut self) {
10117ae679ddSLoGin         unsafe {
10127ae679ddSLoGin             MMArch::invalidate_page(self.virt);
10137ae679ddSLoGin         }
10147ae679ddSLoGin     }
10157ae679ddSLoGin }
10167ae679ddSLoGin 
101740fe15e0SLoGin /// 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,
101840fe15e0SLoGin /// 否则会造成对页表的更改被忽略,这是不安全的
101940fe15e0SLoGin #[must_use = "The flusher must call the 'flush()', or the changes to page table will be unsafely ignored."]
102040fe15e0SLoGin pub struct PageFlushAll<Arch: MemoryManagementArch> {
102140fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<fn() -> Arch>,
102240fe15e0SLoGin }
102340fe15e0SLoGin 
102440fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
102540fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlushAll<Arch> {
102640fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
102740fe15e0SLoGin         return Self {
102840fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
102940fe15e0SLoGin         };
103040fe15e0SLoGin     }
103140fe15e0SLoGin 
103240fe15e0SLoGin     pub fn flush(self) {
103340fe15e0SLoGin         unsafe { Arch::invalidate_all() };
103440fe15e0SLoGin     }
103540fe15e0SLoGin 
103640fe15e0SLoGin     /// 忽略掉这个刷新器
103740fe15e0SLoGin     pub unsafe fn ignore(self) {
103840fe15e0SLoGin         mem::forget(self);
103940fe15e0SLoGin     }
104040fe15e0SLoGin }
104140fe15e0SLoGin 
104240fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Flusher<Arch> for PageFlushAll<Arch> {
104340fe15e0SLoGin     /// 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)
104440fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>) {
104540fe15e0SLoGin         unsafe { flush.ignore() };
104640fe15e0SLoGin     }
104740fe15e0SLoGin }
104840fe15e0SLoGin 
104940fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch, T: Flusher<Arch> + ?Sized> Flusher<Arch> for &mut T {
105040fe15e0SLoGin     /// 允许一个flusher consume掉另一个flusher
105140fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>) {
105240fe15e0SLoGin         <T as Flusher<Arch>>::consume(self, flush);
105340fe15e0SLoGin     }
105440fe15e0SLoGin }
105540fe15e0SLoGin 
105640fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Flusher<Arch> for () {
105740fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, _flush: PageFlush<Arch>) {}
105840fe15e0SLoGin }
105940fe15e0SLoGin 
106040fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Drop for PageFlushAll<Arch> {
106140fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
106240fe15e0SLoGin         unsafe {
106340fe15e0SLoGin             Arch::invalidate_all();
106440fe15e0SLoGin         }
106540fe15e0SLoGin     }
106640fe15e0SLoGin }
106740fe15e0SLoGin 
106840fe15e0SLoGin /// 未在当前CPU上激活的页表的刷新器
106940fe15e0SLoGin ///
107040fe15e0SLoGin /// 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
107140fe15e0SLoGin ///
107240fe15e0SLoGin /// 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)
107340fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
107440fe15e0SLoGin pub struct InactiveFlusher;
107540fe15e0SLoGin 
107640fe15e0SLoGin impl InactiveFlusher {
107740fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
107840fe15e0SLoGin         return Self {};
107940fe15e0SLoGin     }
108040fe15e0SLoGin }
108140fe15e0SLoGin 
108240fe15e0SLoGin impl Flusher<MMArch> for InactiveFlusher {
108340fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<MMArch>) {
108440fe15e0SLoGin         unsafe {
108540fe15e0SLoGin             flush.ignore();
108640fe15e0SLoGin         }
108740fe15e0SLoGin     }
108840fe15e0SLoGin }
108940fe15e0SLoGin 
109040fe15e0SLoGin impl Drop for InactiveFlusher {
109140fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
109240fe15e0SLoGin         // 发送刷新页表的IPI
109340fe15e0SLoGin         send_ipi(IpiKind::FlushTLB, IpiTarget::Other);
109440fe15e0SLoGin     }
109540fe15e0SLoGin }
109640fe15e0SLoGin 
109740fe15e0SLoGin /// # 把一个地址向下对齐到页大小
109840fe15e0SLoGin pub fn round_down_to_page_size(addr: usize) -> usize {
109940fe15e0SLoGin     addr & !(MMArch::PAGE_SIZE - 1)
110040fe15e0SLoGin }
110140fe15e0SLoGin 
110240fe15e0SLoGin /// # 把一个地址向上对齐到页大小
110340fe15e0SLoGin pub fn round_up_to_page_size(addr: usize) -> usize {
110440fe15e0SLoGin     round_down_to_page_size(addr + MMArch::PAGE_SIZE - 1)
110540fe15e0SLoGin }
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