xref: /DragonOS/kernel/src/mm/page.rs (revision 56cc4dbe27e132aac5c61b8bd4f4ec9a223b49ee)
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 
9*56cc4dbeSJomo use alloc::sync::Arc;
10*56cc4dbeSJomo use hashbrown::{HashMap, HashSet};
11*56cc4dbeSJomo 
1240fe15e0SLoGin use crate::{
1340fe15e0SLoGin     arch::{interrupt::ipi::send_ipi, MMArch},
1440fe15e0SLoGin     exception::ipi::{IpiKind, IpiTarget},
1540fe15e0SLoGin     kerror, kwarn,
16*56cc4dbeSJomo     libs::spinlock::{SpinLock, SpinLockGuard},
1740fe15e0SLoGin };
1840fe15e0SLoGin 
1940fe15e0SLoGin use super::{
20*56cc4dbeSJomo     allocator::page_frame::FrameAllocator, syscall::ProtFlags, ucontext::LockedVMA,
21*56cc4dbeSJomo     MemoryManagementArch, PageTableKind, PhysAddr, VirtAddr,
2240fe15e0SLoGin };
2340fe15e0SLoGin 
24*56cc4dbeSJomo /// 全局物理页信息管理器
25*56cc4dbeSJomo pub static mut PAGE_MANAGER: Option<SpinLock<PageManager>> = None;
26*56cc4dbeSJomo 
27*56cc4dbeSJomo /// 初始化PAGE_MANAGER
28*56cc4dbeSJomo pub fn page_manager_init() {
29*56cc4dbeSJomo     kinfo!("page_manager_init");
30*56cc4dbeSJomo     let page_manager = SpinLock::new(PageManager::new());
31*56cc4dbeSJomo 
32*56cc4dbeSJomo     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
33*56cc4dbeSJomo     unsafe { PAGE_MANAGER = Some(page_manager) };
34*56cc4dbeSJomo     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
35*56cc4dbeSJomo 
36*56cc4dbeSJomo     kinfo!("page_manager_init done");
37*56cc4dbeSJomo }
38*56cc4dbeSJomo 
39*56cc4dbeSJomo pub fn page_manager_lock_irasave() -> SpinLockGuard<'static, PageManager> {
40*56cc4dbeSJomo     unsafe { PAGE_MANAGER.as_ref().unwrap().lock_irqsave() }
41*56cc4dbeSJomo }
42*56cc4dbeSJomo 
43*56cc4dbeSJomo // 物理页管理器
44*56cc4dbeSJomo pub struct PageManager {
45*56cc4dbeSJomo     phys2page: HashMap<PhysAddr, Page>,
46*56cc4dbeSJomo }
47*56cc4dbeSJomo 
48*56cc4dbeSJomo impl PageManager {
49*56cc4dbeSJomo     pub fn new() -> Self {
50*56cc4dbeSJomo         Self {
51*56cc4dbeSJomo             phys2page: HashMap::new(),
52*56cc4dbeSJomo         }
53*56cc4dbeSJomo     }
54*56cc4dbeSJomo 
55*56cc4dbeSJomo     pub fn get_mut(&mut self, paddr: &PhysAddr) -> &mut Page {
56*56cc4dbeSJomo         self.phys2page.get_mut(paddr).unwrap()
57*56cc4dbeSJomo     }
58*56cc4dbeSJomo 
59*56cc4dbeSJomo     pub fn insert(&mut self, paddr: PhysAddr, page: Page) {
60*56cc4dbeSJomo         self.phys2page.insert(paddr, page);
61*56cc4dbeSJomo     }
62*56cc4dbeSJomo 
63*56cc4dbeSJomo     pub fn remove_page(&mut self, paddr: &PhysAddr) {
64*56cc4dbeSJomo         self.phys2page.remove(paddr);
65*56cc4dbeSJomo     }
66*56cc4dbeSJomo }
67*56cc4dbeSJomo 
68*56cc4dbeSJomo /// 物理页面信息
69*56cc4dbeSJomo pub struct Page {
70*56cc4dbeSJomo     /// 映射计数
71*56cc4dbeSJomo     map_count: usize,
72*56cc4dbeSJomo     /// 是否为共享页
73*56cc4dbeSJomo     shared: bool,
74*56cc4dbeSJomo     /// 映射到当前page的VMA
75*56cc4dbeSJomo     anon_vma: HashSet<Arc<LockedVMA>>,
76*56cc4dbeSJomo }
77*56cc4dbeSJomo 
78*56cc4dbeSJomo impl Page {
79*56cc4dbeSJomo     pub fn new(shared: bool) -> Self {
80*56cc4dbeSJomo         Self {
81*56cc4dbeSJomo             map_count: 0,
82*56cc4dbeSJomo             shared,
83*56cc4dbeSJomo             anon_vma: HashSet::new(),
84*56cc4dbeSJomo         }
85*56cc4dbeSJomo     }
86*56cc4dbeSJomo 
87*56cc4dbeSJomo     /// 将vma加入anon_vma
88*56cc4dbeSJomo     pub fn insert_vma(&mut self, vma: Arc<LockedVMA>) {
89*56cc4dbeSJomo         self.anon_vma.insert(vma);
90*56cc4dbeSJomo         self.map_count += 1;
91*56cc4dbeSJomo     }
92*56cc4dbeSJomo 
93*56cc4dbeSJomo     /// 将vma从anon_vma中删去
94*56cc4dbeSJomo     pub fn remove_vma(&mut self, vma: &LockedVMA) {
95*56cc4dbeSJomo         self.anon_vma.remove(vma);
96*56cc4dbeSJomo         self.map_count -= 1;
97*56cc4dbeSJomo     }
98*56cc4dbeSJomo 
99*56cc4dbeSJomo     /// 判断当前物理页是否能被回
100*56cc4dbeSJomo     pub fn can_deallocate(&self) -> bool {
101*56cc4dbeSJomo         self.map_count == 0 && !self.shared
102*56cc4dbeSJomo     }
103*56cc4dbeSJomo }
104*56cc4dbeSJomo 
10540fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
10640fe15e0SLoGin pub struct PageTable<Arch> {
10740fe15e0SLoGin     /// 当前页表表示的虚拟地址空间的起始地址
10840fe15e0SLoGin     base: VirtAddr,
10940fe15e0SLoGin     /// 当前页表所在的物理地址
11040fe15e0SLoGin     phys: PhysAddr,
11140fe15e0SLoGin     /// 当前页表的层级(请注意,最顶级页表的level为[Arch::PAGE_LEVELS - 1])
11240fe15e0SLoGin     level: usize,
11340fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
11440fe15e0SLoGin }
11540fe15e0SLoGin 
11640fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
11740fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageTable<Arch> {
11840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn new(base: VirtAddr, phys: PhysAddr, level: usize) -> Self {
11940fe15e0SLoGin         Self {
12040fe15e0SLoGin             base,
12140fe15e0SLoGin             phys,
12240fe15e0SLoGin             level,
12340fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
12440fe15e0SLoGin         }
12540fe15e0SLoGin     }
12640fe15e0SLoGin 
12740fe15e0SLoGin     /// 获取顶级页表
12840fe15e0SLoGin     ///
12940fe15e0SLoGin     /// ## 参数
13040fe15e0SLoGin     ///
13140fe15e0SLoGin     /// - table_kind 页表类型
13240fe15e0SLoGin     ///
13340fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
13440fe15e0SLoGin     ///
13540fe15e0SLoGin     /// 返回顶级页表
13640fe15e0SLoGin     pub unsafe fn top_level_table(table_kind: PageTableKind) -> Self {
13740fe15e0SLoGin         return Self::new(
13840fe15e0SLoGin             VirtAddr::new(0),
13940fe15e0SLoGin             Arch::table(table_kind),
14040fe15e0SLoGin             Arch::PAGE_LEVELS - 1,
14140fe15e0SLoGin         );
14240fe15e0SLoGin     }
14340fe15e0SLoGin 
14440fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的物理地址
14540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
14640fe15e0SLoGin     pub fn phys(&self) -> PhysAddr {
14740fe15e0SLoGin         self.phys
14840fe15e0SLoGin     }
14940fe15e0SLoGin 
15040fe15e0SLoGin     /// 当前页表表示的虚拟地址空间的起始地址
15140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
15240fe15e0SLoGin     pub fn base(&self) -> VirtAddr {
15340fe15e0SLoGin         self.base
15440fe15e0SLoGin     }
15540fe15e0SLoGin 
15640fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的层级
15740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
15840fe15e0SLoGin     pub fn level(&self) -> usize {
15940fe15e0SLoGin         self.level
16040fe15e0SLoGin     }
16140fe15e0SLoGin 
16240fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表自身所在的虚拟地址
16340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
16440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn virt(&self) -> VirtAddr {
16540fe15e0SLoGin         return Arch::phys_2_virt(self.phys).unwrap();
16640fe15e0SLoGin     }
16740fe15e0SLoGin 
16840fe15e0SLoGin     /// 获取第i个页表项所表示的虚拟内存空间的起始地址
16940fe15e0SLoGin     pub fn entry_base(&self, i: usize) -> Option<VirtAddr> {
17040fe15e0SLoGin         if i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM {
17140fe15e0SLoGin             let shift = self.level * Arch::PAGE_ENTRY_SHIFT + Arch::PAGE_SHIFT;
17240fe15e0SLoGin             return Some(self.base.add(i << shift));
17340fe15e0SLoGin         } else {
17440fe15e0SLoGin             return None;
17540fe15e0SLoGin         }
17640fe15e0SLoGin     }
17740fe15e0SLoGin 
17840fe15e0SLoGin     /// 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)
17940fe15e0SLoGin     pub unsafe fn entry_virt(&self, i: usize) -> Option<VirtAddr> {
18040fe15e0SLoGin         if i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM {
18140fe15e0SLoGin             return Some(self.virt().add(i * Arch::PAGE_ENTRY_SIZE));
18240fe15e0SLoGin         } else {
18340fe15e0SLoGin             return None;
18440fe15e0SLoGin         }
18540fe15e0SLoGin     }
18640fe15e0SLoGin 
18740fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的第i个页表项
18840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn entry(&self, i: usize) -> Option<PageEntry<Arch>> {
18940fe15e0SLoGin         let entry_virt = self.entry_virt(i)?;
1907a29d4fcSLoGin         return Some(PageEntry::from_usize(Arch::read::<usize>(entry_virt)));
19140fe15e0SLoGin     }
19240fe15e0SLoGin 
19340fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表的第i个页表项
19440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn set_entry(&self, i: usize, entry: PageEntry<Arch>) -> Option<()> {
19540fe15e0SLoGin         let entry_virt = self.entry_virt(i)?;
19640fe15e0SLoGin         Arch::write::<usize>(entry_virt, entry.data());
19740fe15e0SLoGin         return Some(());
19840fe15e0SLoGin     }
19940fe15e0SLoGin 
20040fe15e0SLoGin     /// 判断当前页表的第i个页表项是否已经填写了值
20140fe15e0SLoGin     ///
20240fe15e0SLoGin     /// ## 参数
20340fe15e0SLoGin     /// - Some(true) 如果已经填写了值
20440fe15e0SLoGin     /// - Some(false) 如果未填写值
20540fe15e0SLoGin     /// - None 如果i超出了页表项的范围
20640fe15e0SLoGin     pub fn entry_mapped(&self, i: usize) -> Option<bool> {
20740fe15e0SLoGin         let etv = unsafe { self.entry_virt(i) }?;
20840fe15e0SLoGin         if unsafe { Arch::read::<usize>(etv) } != 0 {
20940fe15e0SLoGin             return Some(true);
21040fe15e0SLoGin         } else {
21140fe15e0SLoGin             return Some(false);
21240fe15e0SLoGin         }
21340fe15e0SLoGin     }
21440fe15e0SLoGin 
21540fe15e0SLoGin     /// 根据虚拟地址,获取对应的页表项在页表中的下标
21640fe15e0SLoGin     ///
21740fe15e0SLoGin     /// ## 参数
21840fe15e0SLoGin     ///
21940fe15e0SLoGin     /// - addr: 虚拟地址
22040fe15e0SLoGin     ///
22140fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
22240fe15e0SLoGin     ///
22340fe15e0SLoGin     /// 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
22440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn index_of(&self, addr: VirtAddr) -> Option<usize> {
22540fe15e0SLoGin         let addr = VirtAddr::new(addr.data() & Arch::PAGE_ADDRESS_MASK);
22640fe15e0SLoGin         let shift = self.level * Arch::PAGE_ENTRY_SHIFT + Arch::PAGE_SHIFT;
22740fe15e0SLoGin 
22840fe15e0SLoGin         let mask = (MMArch::PAGE_ENTRY_NUM << shift) - 1;
22940fe15e0SLoGin         if addr < self.base || addr >= self.base.add(mask) {
23040fe15e0SLoGin             return None;
23140fe15e0SLoGin         } else {
23240fe15e0SLoGin             return Some((addr.data() >> shift) & MMArch::PAGE_ENTRY_MASK);
23340fe15e0SLoGin         }
23440fe15e0SLoGin     }
23540fe15e0SLoGin 
23640fe15e0SLoGin     /// 获取第i个页表项指向的下一级页表
23740fe15e0SLoGin     pub unsafe fn next_level_table(&self, index: usize) -> Option<Self> {
23840fe15e0SLoGin         if self.level == 0 {
23940fe15e0SLoGin             return None;
24040fe15e0SLoGin         }
24140fe15e0SLoGin 
24240fe15e0SLoGin         // 返回下一级页表
24340fe15e0SLoGin         return Some(PageTable::new(
24440fe15e0SLoGin             self.entry_base(index)?,
24540fe15e0SLoGin             self.entry(index)?.address().ok()?,
24640fe15e0SLoGin             self.level - 1,
24740fe15e0SLoGin         ));
24840fe15e0SLoGin     }
24940fe15e0SLoGin }
25040fe15e0SLoGin 
25140fe15e0SLoGin /// 页表项
25240fe15e0SLoGin #[derive(Copy, Clone)]
25340fe15e0SLoGin pub struct PageEntry<Arch> {
25440fe15e0SLoGin     data: usize,
25540fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
25640fe15e0SLoGin }
25740fe15e0SLoGin 
25840fe15e0SLoGin impl<Arch> Debug for PageEntry<Arch> {
25940fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> Result<(), Error> {
26040fe15e0SLoGin         f.write_fmt(format_args!("PageEntry({:#x})", self.data))
26140fe15e0SLoGin     }
26240fe15e0SLoGin }
26340fe15e0SLoGin 
26440fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageEntry<Arch> {
26540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
2667a29d4fcSLoGin     pub fn new(paddr: PhysAddr, flags: PageFlags<Arch>) -> Self {
2677a29d4fcSLoGin         Self {
2687a29d4fcSLoGin             data: MMArch::make_entry(paddr, flags.data()),
2697a29d4fcSLoGin             phantom: PhantomData,
2707a29d4fcSLoGin         }
2717a29d4fcSLoGin     }
2727a29d4fcSLoGin     #[inline(always)]
2737a29d4fcSLoGin     pub fn from_usize(data: usize) -> Self {
27440fe15e0SLoGin         Self {
27540fe15e0SLoGin             data,
27640fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
27740fe15e0SLoGin         }
27840fe15e0SLoGin     }
27940fe15e0SLoGin 
28040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
28140fe15e0SLoGin     pub fn data(&self) -> usize {
28240fe15e0SLoGin         self.data
28340fe15e0SLoGin     }
28440fe15e0SLoGin 
28540fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项指向的物理地址
28640fe15e0SLoGin     ///
28740fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
28840fe15e0SLoGin     ///
28940fe15e0SLoGin     /// - Ok(PhysAddr) 如果当前页面存在于物理内存中, 返回物理地址
29040fe15e0SLoGin     /// - Err(PhysAddr) 如果当前页表项不存在, 返回物理地址
29140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
29240fe15e0SLoGin     pub fn address(&self) -> Result<PhysAddr, PhysAddr> {
2937a29d4fcSLoGin         let paddr: PhysAddr = {
2947a29d4fcSLoGin             #[cfg(target_arch = "x86_64")]
2957a29d4fcSLoGin             {
2967a29d4fcSLoGin                 PhysAddr::new(self.data & Arch::PAGE_ADDRESS_MASK)
2977a29d4fcSLoGin             }
2987a29d4fcSLoGin 
2997a29d4fcSLoGin             #[cfg(target_arch = "riscv64")]
3007a29d4fcSLoGin             {
301453452ccSLoGin                 let ppn = ((self.data & (!((1 << 10) - 1))) >> 10) & ((1 << 54) - 1);
3027a29d4fcSLoGin                 super::allocator::page_frame::PhysPageFrame::from_ppn(ppn).phys_address()
3037a29d4fcSLoGin             }
3047a29d4fcSLoGin         };
30540fe15e0SLoGin 
30640fe15e0SLoGin         if self.present() {
30740fe15e0SLoGin             Ok(paddr)
30840fe15e0SLoGin         } else {
30940fe15e0SLoGin             Err(paddr)
31040fe15e0SLoGin         }
31140fe15e0SLoGin     }
31240fe15e0SLoGin 
31340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
31440fe15e0SLoGin     pub fn flags(&self) -> PageFlags<Arch> {
31540fe15e0SLoGin         unsafe { PageFlags::from_data(self.data & Arch::ENTRY_FLAGS_MASK) }
31640fe15e0SLoGin     }
31740fe15e0SLoGin 
31840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
31940fe15e0SLoGin     pub fn set_flags(&mut self, flags: PageFlags<Arch>) {
32040fe15e0SLoGin         self.data = (self.data & !Arch::ENTRY_FLAGS_MASK) | flags.data();
32140fe15e0SLoGin     }
32240fe15e0SLoGin 
32340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
32440fe15e0SLoGin     pub fn present(&self) -> bool {
32540fe15e0SLoGin         return self.data & Arch::ENTRY_FLAG_PRESENT != 0;
32640fe15e0SLoGin     }
32740fe15e0SLoGin }
32840fe15e0SLoGin 
32940fe15e0SLoGin /// 页表项的标志位
33040fe15e0SLoGin #[derive(Copy, Clone, Hash)]
33140fe15e0SLoGin pub struct PageFlags<Arch> {
33240fe15e0SLoGin     data: usize,
33340fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
33440fe15e0SLoGin }
33540fe15e0SLoGin 
33640fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
33740fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlags<Arch> {
33840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
33940fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
34040fe15e0SLoGin         let mut r = unsafe {
34140fe15e0SLoGin             Self::from_data(
34240fe15e0SLoGin                 Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_PAGE
34340fe15e0SLoGin                     | Arch::ENTRY_FLAG_READONLY
34440fe15e0SLoGin                     | Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC,
34540fe15e0SLoGin             )
34640fe15e0SLoGin         };
34740fe15e0SLoGin 
34840fe15e0SLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
34940fe15e0SLoGin         {
35040fe15e0SLoGin             if crate::arch::mm::X86_64MMArch::is_xd_reserved() {
35140fe15e0SLoGin                 r = r.set_execute(true);
35240fe15e0SLoGin             }
35340fe15e0SLoGin         }
35440fe15e0SLoGin 
35540fe15e0SLoGin         return r;
35640fe15e0SLoGin     }
35740fe15e0SLoGin 
35840fe15e0SLoGin     /// 根据ProtFlags生成PageFlags
35940fe15e0SLoGin     ///
36040fe15e0SLoGin     /// ## 参数
36140fe15e0SLoGin     ///
36240fe15e0SLoGin     /// - prot_flags: 页的保护标志
36340fe15e0SLoGin     /// - user: 用户空间是否可访问
36440fe15e0SLoGin     pub fn from_prot_flags(prot_flags: ProtFlags, user: bool) -> PageFlags<Arch> {
36540fe15e0SLoGin         let flags: PageFlags<Arch> = PageFlags::new()
36640fe15e0SLoGin             .set_user(user)
36740fe15e0SLoGin             .set_execute(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_EXEC))
36840fe15e0SLoGin             .set_write(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_WRITE));
36940fe15e0SLoGin 
37040fe15e0SLoGin         return flags;
37140fe15e0SLoGin     }
37240fe15e0SLoGin 
37340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
37440fe15e0SLoGin     pub fn data(&self) -> usize {
37540fe15e0SLoGin         self.data
37640fe15e0SLoGin     }
37740fe15e0SLoGin 
37840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
37940fe15e0SLoGin     pub const unsafe fn from_data(data: usize) -> Self {
38040fe15e0SLoGin         return Self {
381b5b571e0SLoGin             data,
38240fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
38340fe15e0SLoGin         };
38440fe15e0SLoGin     }
38540fe15e0SLoGin 
38640fe15e0SLoGin     /// 为新页表的页表项设置默认值
38740fe15e0SLoGin     ///
38840fe15e0SLoGin     /// 默认值为:
38940fe15e0SLoGin     /// - present
39040fe15e0SLoGin     /// - read only
39140fe15e0SLoGin     /// - kernel space
39240fe15e0SLoGin     /// - no exec
39340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
39440fe15e0SLoGin     pub fn new_page_table(user: bool) -> Self {
39540fe15e0SLoGin         return unsafe {
3967a29d4fcSLoGin             let r = {
3977a29d4fcSLoGin                 #[cfg(target_arch = "x86_64")]
3987a29d4fcSLoGin                 {
3997a29d4fcSLoGin                     Self::from_data(Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE | Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE)
4007a29d4fcSLoGin                 }
4017a29d4fcSLoGin 
4027a29d4fcSLoGin                 #[cfg(target_arch = "riscv64")]
4037a29d4fcSLoGin                 {
4047a29d4fcSLoGin                     // riscv64指向下一级页表的页表项,不应设置R/W/X权限位
4057a29d4fcSLoGin                     Self::from_data(Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE)
4067a29d4fcSLoGin                 }
4077a29d4fcSLoGin             };
40840fe15e0SLoGin             if user {
40940fe15e0SLoGin                 r.set_user(true)
41040fe15e0SLoGin             } else {
41140fe15e0SLoGin                 r
41240fe15e0SLoGin             }
41340fe15e0SLoGin         };
41440fe15e0SLoGin     }
41540fe15e0SLoGin 
41640fe15e0SLoGin     /// 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。
41740fe15e0SLoGin     ///
41840fe15e0SLoGin     /// ## 参数
41940fe15e0SLoGin     /// - flag 要更新的标志位的值
42040fe15e0SLoGin     /// - value 如果为true,那么将flag对应的位设置为1,否则设置为0
42140fe15e0SLoGin     ///
42240fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
42340fe15e0SLoGin     ///
42440fe15e0SLoGin     /// 更新后的页表项
42540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
42640fe15e0SLoGin     #[must_use]
42740fe15e0SLoGin     pub fn update_flags(mut self, flag: usize, value: bool) -> Self {
42840fe15e0SLoGin         if value {
42940fe15e0SLoGin             self.data |= flag;
43040fe15e0SLoGin         } else {
43140fe15e0SLoGin             self.data &= !flag;
43240fe15e0SLoGin         }
43340fe15e0SLoGin         return self;
43440fe15e0SLoGin     }
43540fe15e0SLoGin 
43640fe15e0SLoGin     /// 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)
43740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
43840fe15e0SLoGin     pub fn has_flag(&self, flag: usize) -> bool {
43940fe15e0SLoGin         return self.data & flag == flag;
44040fe15e0SLoGin     }
44140fe15e0SLoGin 
44240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
44340fe15e0SLoGin     pub fn present(&self) -> bool {
44440fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_PRESENT);
44540fe15e0SLoGin     }
44640fe15e0SLoGin 
44740fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的权限
44840fe15e0SLoGin     ///
44940fe15e0SLoGin     /// @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
45040fe15e0SLoGin     #[must_use]
45140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
45240fe15e0SLoGin     pub fn set_user(self, value: bool) -> Self {
45340fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_USER, value);
45440fe15e0SLoGin     }
45540fe15e0SLoGin 
45640fe15e0SLoGin     /// 用户态是否可以访问当前页表项
45740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
45840fe15e0SLoGin     pub fn has_user(&self) -> bool {
45940fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_USER);
46040fe15e0SLoGin     }
46140fe15e0SLoGin 
46240fe15e0SLoGin     /// 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
46340fe15e0SLoGin     ///
46440fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
46540fe15e0SLoGin     ///
46640fe15e0SLoGin     /// 更新后的页表项.
46740fe15e0SLoGin     ///
46840fe15e0SLoGin     /// **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
46940fe15e0SLoGin     #[must_use]
47040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
47140fe15e0SLoGin     pub fn set_write(self, value: bool) -> Self {
4727a29d4fcSLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
4737a29d4fcSLoGin         {
47440fe15e0SLoGin             // 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
47540fe15e0SLoGin             return self
47640fe15e0SLoGin                 .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READONLY, !value)
47740fe15e0SLoGin                 .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE, value);
47840fe15e0SLoGin         }
47940fe15e0SLoGin 
4807a29d4fcSLoGin         #[cfg(target_arch = "riscv64")]
4817a29d4fcSLoGin         {
4827a29d4fcSLoGin             if value {
4837a29d4fcSLoGin                 return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE, true);
4847a29d4fcSLoGin             } else {
4857a29d4fcSLoGin                 return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READONLY, true);
4867a29d4fcSLoGin             }
4877a29d4fcSLoGin         }
4887a29d4fcSLoGin     }
4897a29d4fcSLoGin 
49040fe15e0SLoGin     /// 当前页表项是否可写
49140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
49240fe15e0SLoGin     pub fn has_write(&self) -> bool {
49340fe15e0SLoGin         // 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
49440fe15e0SLoGin         return self.data & (Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE | Arch::ENTRY_FLAG_READONLY)
49540fe15e0SLoGin             == Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE;
49640fe15e0SLoGin     }
49740fe15e0SLoGin 
49840fe15e0SLoGin     /// 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
49940fe15e0SLoGin     #[must_use]
50040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
50140fe15e0SLoGin     pub fn set_execute(self, mut value: bool) -> Self {
50240fe15e0SLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
50340fe15e0SLoGin         {
50440fe15e0SLoGin             // 如果xd位被保留,那么将可执行性设置为true
50540fe15e0SLoGin             if crate::arch::mm::X86_64MMArch::is_xd_reserved() {
50640fe15e0SLoGin                 value = true;
50740fe15e0SLoGin             }
50840fe15e0SLoGin         }
50940fe15e0SLoGin 
51040fe15e0SLoGin         // 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
51140fe15e0SLoGin         return self
51240fe15e0SLoGin             .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC, !value)
51340fe15e0SLoGin             .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_EXEC, value);
51440fe15e0SLoGin     }
51540fe15e0SLoGin 
51640fe15e0SLoGin     /// 当前页表项是否可执行
51740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
51840fe15e0SLoGin     pub fn has_execute(&self) -> bool {
51940fe15e0SLoGin         // 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
52040fe15e0SLoGin         return self.data & (Arch::ENTRY_FLAG_EXEC | Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC)
52140fe15e0SLoGin             == Arch::ENTRY_FLAG_EXEC;
52240fe15e0SLoGin     }
52340fe15e0SLoGin 
52440fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的缓存策略
52540fe15e0SLoGin     ///
52640fe15e0SLoGin     /// ## 参数
52740fe15e0SLoGin     ///
52840fe15e0SLoGin     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的缓存策略设置为不缓存。
52940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
53040fe15e0SLoGin     pub fn set_page_cache_disable(self, value: bool) -> Self {
53140fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE, value);
53240fe15e0SLoGin     }
53340fe15e0SLoGin 
53440fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项的缓存策略
53540fe15e0SLoGin     ///
53640fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
53740fe15e0SLoGin     ///
53840fe15e0SLoGin     /// 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。
53940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
54040fe15e0SLoGin     pub fn has_page_cache_disable(&self) -> bool {
54140fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE);
54240fe15e0SLoGin     }
54340fe15e0SLoGin 
54440fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的写穿策略
54540fe15e0SLoGin     ///
54640fe15e0SLoGin     /// ## 参数
54740fe15e0SLoGin     ///
54840fe15e0SLoGin     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的写穿策略设置为写穿。
54940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
55040fe15e0SLoGin     pub fn set_page_write_through(self, value: bool) -> Self {
55140fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH, value);
55240fe15e0SLoGin     }
55340fe15e0SLoGin 
55440fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项的写穿策略
55540fe15e0SLoGin     ///
55640fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
55740fe15e0SLoGin     ///
55840fe15e0SLoGin     /// 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。
55940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
56040fe15e0SLoGin     pub fn has_page_write_through(&self) -> bool {
56140fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH);
56240fe15e0SLoGin     }
56340fe15e0SLoGin 
56440fe15e0SLoGin     /// MMIO内存的页表项标志
56540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
56640fe15e0SLoGin     pub fn mmio_flags() -> Self {
56740fe15e0SLoGin         return Self::new()
56840fe15e0SLoGin             .set_user(false)
56940fe15e0SLoGin             .set_write(true)
57040fe15e0SLoGin             .set_execute(true)
57140fe15e0SLoGin             .set_page_cache_disable(true)
57240fe15e0SLoGin             .set_page_write_through(true);
57340fe15e0SLoGin     }
57440fe15e0SLoGin }
57540fe15e0SLoGin 
57640fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> fmt::Debug for PageFlags<Arch> {
57740fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
57840fe15e0SLoGin         f.debug_struct("PageFlags")
57940fe15e0SLoGin             .field("bits", &format_args!("{:#0x}", self.data))
58040fe15e0SLoGin             .field("present", &self.present())
58140fe15e0SLoGin             .field("has_write", &self.has_write())
58240fe15e0SLoGin             .field("has_execute", &self.has_execute())
58340fe15e0SLoGin             .field("has_user", &self.has_user())
58440fe15e0SLoGin             .finish()
58540fe15e0SLoGin     }
58640fe15e0SLoGin }
58740fe15e0SLoGin 
58840fe15e0SLoGin /// 页表映射器
58940fe15e0SLoGin #[derive(Hash)]
59040fe15e0SLoGin pub struct PageMapper<Arch, F> {
59140fe15e0SLoGin     /// 页表类型
59240fe15e0SLoGin     table_kind: PageTableKind,
59340fe15e0SLoGin     /// 根页表物理地址
59440fe15e0SLoGin     table_paddr: PhysAddr,
59540fe15e0SLoGin     /// 页分配器
59640fe15e0SLoGin     frame_allocator: F,
59740fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<fn() -> Arch>,
59840fe15e0SLoGin }
59940fe15e0SLoGin 
60040fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch, F: FrameAllocator> PageMapper<Arch, F> {
60140fe15e0SLoGin     /// 创建新的页面映射器
60240fe15e0SLoGin     ///
60340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
60440fe15e0SLoGin     /// - table_kind 页表类型
60540fe15e0SLoGin     /// - table_paddr 根页表物理地址
60640fe15e0SLoGin     /// - allocator 页分配器
60740fe15e0SLoGin     ///
60840fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
60940fe15e0SLoGin     ///
61040fe15e0SLoGin     /// 页面映射器
61140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn new(table_kind: PageTableKind, table_paddr: PhysAddr, allocator: F) -> Self {
61240fe15e0SLoGin         return Self {
61340fe15e0SLoGin             table_kind,
61440fe15e0SLoGin             table_paddr,
61540fe15e0SLoGin             frame_allocator: allocator,
61640fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
61740fe15e0SLoGin         };
61840fe15e0SLoGin     }
61940fe15e0SLoGin 
62040fe15e0SLoGin     /// 创建页表,并为这个页表创建页面映射器
62140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn create(table_kind: PageTableKind, mut allocator: F) -> Option<Self> {
62240fe15e0SLoGin         let table_paddr = allocator.allocate_one()?;
62340fe15e0SLoGin         // 清空页表
62440fe15e0SLoGin         let table_vaddr = Arch::phys_2_virt(table_paddr)?;
62540fe15e0SLoGin         Arch::write_bytes(table_vaddr, 0, Arch::PAGE_SIZE);
62640fe15e0SLoGin         return Some(Self::new(table_kind, table_paddr, allocator));
62740fe15e0SLoGin     }
62840fe15e0SLoGin 
62940fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的页面映射器
63040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
63140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn current(table_kind: PageTableKind, allocator: F) -> Self {
63240fe15e0SLoGin         let table_paddr = Arch::table(table_kind);
63340fe15e0SLoGin         return Self::new(table_kind, table_paddr, allocator);
63440fe15e0SLoGin     }
63540fe15e0SLoGin 
63640fe15e0SLoGin     /// 判断当前页表分配器所属的页表是否是当前页表
63740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
63840fe15e0SLoGin     pub fn is_current(&self) -> bool {
63940fe15e0SLoGin         return unsafe { self.table().phys() == Arch::table(self.table_kind) };
64040fe15e0SLoGin     }
64140fe15e0SLoGin 
64240fe15e0SLoGin     /// 将当前页表分配器所属的页表设置为当前页表
64340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
64440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn make_current(&self) {
64540fe15e0SLoGin         Arch::set_table(self.table_kind, self.table_paddr);
64640fe15e0SLoGin     }
64740fe15e0SLoGin 
64840fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表分配器所属的根页表的结构体
64940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
65040fe15e0SLoGin     pub fn table(&self) -> PageTable<Arch> {
65140fe15e0SLoGin         // 由于只能通过new方法创建PageMapper,因此这里假定table_paddr是有效的
65240fe15e0SLoGin         return unsafe {
65340fe15e0SLoGin             PageTable::new(VirtAddr::new(0), self.table_paddr, Arch::PAGE_LEVELS - 1)
65440fe15e0SLoGin         };
65540fe15e0SLoGin     }
65640fe15e0SLoGin 
65740fe15e0SLoGin     /// 获取当前PageMapper所对应的页分配器实例的引用
65840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
65940fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
66040fe15e0SLoGin     pub fn allocator_ref(&self) -> &F {
66140fe15e0SLoGin         return &self.frame_allocator;
66240fe15e0SLoGin     }
66340fe15e0SLoGin 
66440fe15e0SLoGin     /// 获取当前PageMapper所对应的页分配器实例的可变引用
66540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
66640fe15e0SLoGin     pub fn allocator_mut(&mut self) -> &mut F {
66740fe15e0SLoGin         return &mut self.frame_allocator;
66840fe15e0SLoGin     }
66940fe15e0SLoGin 
67040fe15e0SLoGin     /// 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
67140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map(
67240fe15e0SLoGin         &mut self,
67340fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
67440fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
67540fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
67640fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
67740fe15e0SLoGin         let phys: PhysAddr = self.frame_allocator.allocate_one()?;
67840fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
679*56cc4dbeSJomo 
680*56cc4dbeSJomo         page_manager_lock_irasave().insert(phys, Page::new(false));
68140fe15e0SLoGin         return self.map_phys(virt, phys, flags);
68240fe15e0SLoGin     }
68340fe15e0SLoGin 
68440fe15e0SLoGin     /// 映射一个物理页到指定的虚拟地址
68540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map_phys(
68640fe15e0SLoGin         &mut self,
68740fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
68840fe15e0SLoGin         phys: PhysAddr,
68940fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
69040fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
69140fe15e0SLoGin         // 验证虚拟地址和物理地址是否对齐
69240fe15e0SLoGin         if !(virt.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE) && phys.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE)) {
69340fe15e0SLoGin             kerror!(
69440fe15e0SLoGin                 "Try to map unaligned page: virt={:?}, phys={:?}",
69540fe15e0SLoGin                 virt,
69640fe15e0SLoGin                 phys
69740fe15e0SLoGin             );
69840fe15e0SLoGin             return None;
69940fe15e0SLoGin         }
7007a29d4fcSLoGin 
70140fe15e0SLoGin         let virt = VirtAddr::new(virt.data() & (!Arch::PAGE_NEGATIVE_MASK));
70240fe15e0SLoGin 
70340fe15e0SLoGin         // TODO: 验证flags是否合法
70440fe15e0SLoGin 
70540fe15e0SLoGin         // 创建页表项
7067a29d4fcSLoGin         let entry = PageEntry::new(phys, flags);
70740fe15e0SLoGin         let mut table = self.table();
70840fe15e0SLoGin         loop {
70940fe15e0SLoGin             let i = table.index_of(virt)?;
71040fe15e0SLoGin             assert!(i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM);
71140fe15e0SLoGin             if table.level() == 0 {
71240fe15e0SLoGin                 // todo: 检查是否已经映射
71340fe15e0SLoGin                 // 现在不检查的原因是,刚刚启动系统时,内核会映射一些页。
714b5b571e0SLoGin                 if table.entry_mapped(i)? {
71540fe15e0SLoGin                     kwarn!("Page {:?} already mapped", virt);
71640fe15e0SLoGin                 }
7177a29d4fcSLoGin 
71840fe15e0SLoGin                 compiler_fence(Ordering::SeqCst);
7197a29d4fcSLoGin 
72040fe15e0SLoGin                 table.set_entry(i, entry);
72140fe15e0SLoGin                 compiler_fence(Ordering::SeqCst);
72240fe15e0SLoGin                 return Some(PageFlush::new(virt));
72340fe15e0SLoGin             } else {
72440fe15e0SLoGin                 let next_table = table.next_level_table(i);
72540fe15e0SLoGin                 if let Some(next_table) = next_table {
72640fe15e0SLoGin                     table = next_table;
72740fe15e0SLoGin                     // kdebug!("Mapping {:?} to next level table...", virt);
72840fe15e0SLoGin                 } else {
72940fe15e0SLoGin                     // 分配下一级页表
73040fe15e0SLoGin                     let frame = self.frame_allocator.allocate_one()?;
7317a29d4fcSLoGin 
73240fe15e0SLoGin                     // 清空这个页帧
73340fe15e0SLoGin                     MMArch::write_bytes(MMArch::phys_2_virt(frame).unwrap(), 0, MMArch::PAGE_SIZE);
73440fe15e0SLoGin 
73540fe15e0SLoGin                     // 设置页表项的flags
7367a29d4fcSLoGin                     let flags: PageFlags<Arch> =
73740fe15e0SLoGin                         PageFlags::new_page_table(virt.kind() == PageTableKind::User);
73840fe15e0SLoGin 
73940fe15e0SLoGin                     // kdebug!("Flags: {:?}", flags);
74040fe15e0SLoGin 
74140fe15e0SLoGin                     // 把新分配的页表映射到当前页表
7427a29d4fcSLoGin                     table.set_entry(i, PageEntry::new(frame, flags));
74340fe15e0SLoGin 
74440fe15e0SLoGin                     // 获取新分配的页表
74540fe15e0SLoGin                     table = table.next_level_table(i)?;
74640fe15e0SLoGin                 }
74740fe15e0SLoGin             }
74840fe15e0SLoGin         }
74940fe15e0SLoGin     }
75040fe15e0SLoGin 
75140fe15e0SLoGin     /// 将物理地址映射到具有线性偏移量的虚拟地址
75240fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
75340fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map_linearly(
75440fe15e0SLoGin         &mut self,
75540fe15e0SLoGin         phys: PhysAddr,
75640fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
75740fe15e0SLoGin     ) -> Option<(VirtAddr, PageFlush<Arch>)> {
75840fe15e0SLoGin         let virt: VirtAddr = Arch::phys_2_virt(phys)?;
75940fe15e0SLoGin         return self.map_phys(virt, phys, flags).map(|flush| (virt, flush));
76040fe15e0SLoGin     }
76140fe15e0SLoGin 
76240fe15e0SLoGin     /// 修改虚拟地址的页表项的flags,并返回页表项刷新器
76340fe15e0SLoGin     ///
76440fe15e0SLoGin     /// 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
76540fe15e0SLoGin     ///
76640fe15e0SLoGin     /// ## 参数
76740fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
76840fe15e0SLoGin     /// - flags 新的页表项的flags
76940fe15e0SLoGin     ///
77040fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
77140fe15e0SLoGin     ///
77240fe15e0SLoGin     /// 如果修改成功,返回刷新器,否则返回None
77340fe15e0SLoGin     pub unsafe fn remap(
77440fe15e0SLoGin         &mut self,
77540fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
77640fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
77740fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
77840fe15e0SLoGin         return self
77940fe15e0SLoGin             .visit(virt, |p1, i| {
78040fe15e0SLoGin                 let mut entry = p1.entry(i)?;
78140fe15e0SLoGin                 entry.set_flags(flags);
78240fe15e0SLoGin                 p1.set_entry(i, entry);
78340fe15e0SLoGin                 Some(PageFlush::new(virt))
78440fe15e0SLoGin             })
78540fe15e0SLoGin             .flatten();
78640fe15e0SLoGin     }
78740fe15e0SLoGin 
78840fe15e0SLoGin     /// 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
78940fe15e0SLoGin     ///
79040fe15e0SLoGin     /// ## 参数
79140fe15e0SLoGin     ///
79240fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
79340fe15e0SLoGin     ///
79440fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
79540fe15e0SLoGin     ///
79640fe15e0SLoGin     /// 如果查找成功,返回物理地址和页表项的flags,否则返回None
79740fe15e0SLoGin     pub fn translate(&self, virt: VirtAddr) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>)> {
79840fe15e0SLoGin         let entry: PageEntry<Arch> = self.visit(virt, |p1, i| unsafe { p1.entry(i) })??;
79940fe15e0SLoGin         let paddr = entry.address().ok()?;
80040fe15e0SLoGin         let flags = entry.flags();
80140fe15e0SLoGin         return Some((paddr, flags));
80240fe15e0SLoGin     }
80340fe15e0SLoGin 
80440fe15e0SLoGin     /// 取消虚拟地址的映射,释放页面,并返回页表项刷新器
80540fe15e0SLoGin     ///
80640fe15e0SLoGin     /// 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
80740fe15e0SLoGin     ///
80840fe15e0SLoGin     /// ## 参数
80940fe15e0SLoGin     ///
81040fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
81140fe15e0SLoGin     /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
81240fe15e0SLoGin     ///
81340fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
81440fe15e0SLoGin     /// 如果取消成功,返回刷新器,否则返回None
8152dd9f0c7SLoGin     #[allow(dead_code)]
81640fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap(&mut self, virt: VirtAddr, unmap_parents: bool) -> Option<PageFlush<Arch>> {
81740fe15e0SLoGin         let (paddr, _, flusher) = self.unmap_phys(virt, unmap_parents)?;
81840fe15e0SLoGin         self.frame_allocator.free_one(paddr);
81940fe15e0SLoGin         return Some(flusher);
82040fe15e0SLoGin     }
82140fe15e0SLoGin 
82240fe15e0SLoGin     /// 取消虚拟地址的映射,并返回物理地址和页表项的flags
82340fe15e0SLoGin     ///
82440fe15e0SLoGin     /// ## 参数
82540fe15e0SLoGin     ///
82640fe15e0SLoGin     /// - vaddr 虚拟地址
82740fe15e0SLoGin     /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
82840fe15e0SLoGin     ///
82940fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
83040fe15e0SLoGin     ///
83140fe15e0SLoGin     /// 如果取消成功,返回物理地址和页表项的flags,否则返回None
83240fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap_phys(
83340fe15e0SLoGin         &mut self,
83440fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
83540fe15e0SLoGin         unmap_parents: bool,
83640fe15e0SLoGin     ) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>, PageFlush<Arch>)> {
83740fe15e0SLoGin         if !virt.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE) {
83840fe15e0SLoGin             kerror!("Try to unmap unaligned page: virt={:?}", virt);
83940fe15e0SLoGin             return None;
84040fe15e0SLoGin         }
84140fe15e0SLoGin 
842b5b571e0SLoGin         let table = self.table();
843b5b571e0SLoGin         return unmap_phys_inner(virt, &table, unmap_parents, self.allocator_mut())
84440fe15e0SLoGin             .map(|(paddr, flags)| (paddr, flags, PageFlush::<Arch>::new(virt)));
84540fe15e0SLoGin     }
84640fe15e0SLoGin 
84740fe15e0SLoGin     /// 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
84840fe15e0SLoGin     fn visit<T>(
84940fe15e0SLoGin         &self,
85040fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
85140fe15e0SLoGin         f: impl FnOnce(&mut PageTable<Arch>, usize) -> T,
85240fe15e0SLoGin     ) -> Option<T> {
85340fe15e0SLoGin         let mut table = self.table();
85440fe15e0SLoGin         unsafe {
85540fe15e0SLoGin             loop {
85640fe15e0SLoGin                 let i = table.index_of(virt)?;
85740fe15e0SLoGin                 if table.level() == 0 {
85840fe15e0SLoGin                     return Some(f(&mut table, i));
85940fe15e0SLoGin                 } else {
86040fe15e0SLoGin                     table = table.next_level_table(i)?;
86140fe15e0SLoGin                 }
86240fe15e0SLoGin             }
86340fe15e0SLoGin         }
86440fe15e0SLoGin     }
86540fe15e0SLoGin }
86640fe15e0SLoGin 
86740fe15e0SLoGin /// 取消页面映射,返回被取消映射的页表项的:【物理地址】和【flags】
86840fe15e0SLoGin ///
86940fe15e0SLoGin /// ## 参数
87040fe15e0SLoGin ///
87140fe15e0SLoGin /// - vaddr 虚拟地址
87240fe15e0SLoGin /// - table 页表
87340fe15e0SLoGin /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
87440fe15e0SLoGin /// - 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)
87540fe15e0SLoGin ///
87640fe15e0SLoGin /// ## 返回值
87740fe15e0SLoGin ///
87840fe15e0SLoGin /// 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
87940fe15e0SLoGin unsafe fn unmap_phys_inner<Arch: MemoryManagementArch>(
88040fe15e0SLoGin     vaddr: VirtAddr,
881840045afSLoGin     table: &PageTable<Arch>,
88240fe15e0SLoGin     unmap_parents: bool,
88340fe15e0SLoGin     allocator: &mut impl FrameAllocator,
88440fe15e0SLoGin ) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>)> {
88540fe15e0SLoGin     // 获取页表项的索引
88640fe15e0SLoGin     let i = table.index_of(vaddr)?;
88740fe15e0SLoGin 
88840fe15e0SLoGin     // 如果当前是最后一级页表,直接取消页面映射
88940fe15e0SLoGin     if table.level() == 0 {
89040fe15e0SLoGin         let entry = table.entry(i)?;
8917a29d4fcSLoGin         table.set_entry(i, PageEntry::from_usize(0));
89240fe15e0SLoGin         return Some((entry.address().ok()?, entry.flags()));
89340fe15e0SLoGin     }
89440fe15e0SLoGin 
895b5b571e0SLoGin     let subtable = table.next_level_table(i)?;
89640fe15e0SLoGin     // 递归地取消映射
897b5b571e0SLoGin     let result = unmap_phys_inner(vaddr, &subtable, unmap_parents, allocator)?;
89840fe15e0SLoGin 
89940fe15e0SLoGin     // TODO: This is a bad idea for architectures where the kernel mappings are done in the process tables,
90040fe15e0SLoGin     // as these mappings may become out of sync
90140fe15e0SLoGin     if unmap_parents {
90240fe15e0SLoGin         // 如果子页表已经没有映射的页面了,就取消子页表的映射
90340fe15e0SLoGin 
90440fe15e0SLoGin         // 检查子页表中是否还有映射的页面
90540fe15e0SLoGin         let x = (0..Arch::PAGE_ENTRY_NUM)
90640fe15e0SLoGin             .map(|k| subtable.entry(k).expect("invalid page entry"))
90740fe15e0SLoGin             .any(|e| e.present());
90840fe15e0SLoGin         if !x {
90940fe15e0SLoGin             // 如果没有,就取消子页表的映射
9107a29d4fcSLoGin             table.set_entry(i, PageEntry::from_usize(0));
91140fe15e0SLoGin             // 释放子页表
91240fe15e0SLoGin             allocator.free_one(subtable.phys());
91340fe15e0SLoGin         }
91440fe15e0SLoGin     }
91540fe15e0SLoGin 
91640fe15e0SLoGin     return Some(result);
91740fe15e0SLoGin }
91840fe15e0SLoGin 
91940fe15e0SLoGin impl<Arch, F: Debug> Debug for PageMapper<Arch, F> {
92040fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
92140fe15e0SLoGin         f.debug_struct("PageMapper")
92240fe15e0SLoGin             .field("table_paddr", &self.table_paddr)
92340fe15e0SLoGin             .field("frame_allocator", &self.frame_allocator)
92440fe15e0SLoGin             .finish()
92540fe15e0SLoGin     }
92640fe15e0SLoGin }
92740fe15e0SLoGin 
92840fe15e0SLoGin /// 页表刷新器的trait
9297ae679ddSLoGin pub trait Flusher<Arch: MemoryManagementArch> {
93040fe15e0SLoGin     /// 取消对指定的page flusher的刷新
93140fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>);
93240fe15e0SLoGin }
93340fe15e0SLoGin 
93440fe15e0SLoGin /// 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,
93540fe15e0SLoGin /// 否则会造成对页表的更改被忽略,这是不安全的
93640fe15e0SLoGin #[must_use = "The flusher must call the 'flush()', or the changes to page table will be unsafely ignored."]
9377ae679ddSLoGin pub struct PageFlush<Arch: MemoryManagementArch> {
93840fe15e0SLoGin     virt: VirtAddr,
93940fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
94040fe15e0SLoGin }
94140fe15e0SLoGin 
94240fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlush<Arch> {
94340fe15e0SLoGin     pub fn new(virt: VirtAddr) -> Self {
94440fe15e0SLoGin         return Self {
94540fe15e0SLoGin             virt,
94640fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
94740fe15e0SLoGin         };
94840fe15e0SLoGin     }
94940fe15e0SLoGin 
95040fe15e0SLoGin     pub fn flush(self) {
95140fe15e0SLoGin         unsafe { Arch::invalidate_page(self.virt) };
95240fe15e0SLoGin     }
95340fe15e0SLoGin 
95440fe15e0SLoGin     /// 忽略掉这个刷新器
95540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn ignore(self) {
95640fe15e0SLoGin         mem::forget(self);
95740fe15e0SLoGin     }
95840fe15e0SLoGin }
95940fe15e0SLoGin 
9607ae679ddSLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Drop for PageFlush<Arch> {
9617ae679ddSLoGin     fn drop(&mut self) {
9627ae679ddSLoGin         unsafe {
9637ae679ddSLoGin             MMArch::invalidate_page(self.virt);
9647ae679ddSLoGin         }
9657ae679ddSLoGin     }
9667ae679ddSLoGin }
9677ae679ddSLoGin 
96840fe15e0SLoGin /// 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,
96940fe15e0SLoGin /// 否则会造成对页表的更改被忽略,这是不安全的
97040fe15e0SLoGin #[must_use = "The flusher must call the 'flush()', or the changes to page table will be unsafely ignored."]
97140fe15e0SLoGin pub struct PageFlushAll<Arch: MemoryManagementArch> {
97240fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<fn() -> Arch>,
97340fe15e0SLoGin }
97440fe15e0SLoGin 
97540fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
97640fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlushAll<Arch> {
97740fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
97840fe15e0SLoGin         return Self {
97940fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
98040fe15e0SLoGin         };
98140fe15e0SLoGin     }
98240fe15e0SLoGin 
98340fe15e0SLoGin     pub fn flush(self) {
98440fe15e0SLoGin         unsafe { Arch::invalidate_all() };
98540fe15e0SLoGin     }
98640fe15e0SLoGin 
98740fe15e0SLoGin     /// 忽略掉这个刷新器
98840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn ignore(self) {
98940fe15e0SLoGin         mem::forget(self);
99040fe15e0SLoGin     }
99140fe15e0SLoGin }
99240fe15e0SLoGin 
99340fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Flusher<Arch> for PageFlushAll<Arch> {
99440fe15e0SLoGin     /// 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)
99540fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>) {
99640fe15e0SLoGin         unsafe { flush.ignore() };
99740fe15e0SLoGin     }
99840fe15e0SLoGin }
99940fe15e0SLoGin 
100040fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch, T: Flusher<Arch> + ?Sized> Flusher<Arch> for &mut T {
100140fe15e0SLoGin     /// 允许一个flusher consume掉另一个flusher
100240fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>) {
100340fe15e0SLoGin         <T as Flusher<Arch>>::consume(self, flush);
100440fe15e0SLoGin     }
100540fe15e0SLoGin }
100640fe15e0SLoGin 
100740fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Flusher<Arch> for () {
100840fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, _flush: PageFlush<Arch>) {}
100940fe15e0SLoGin }
101040fe15e0SLoGin 
101140fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Drop for PageFlushAll<Arch> {
101240fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
101340fe15e0SLoGin         unsafe {
101440fe15e0SLoGin             Arch::invalidate_all();
101540fe15e0SLoGin         }
101640fe15e0SLoGin     }
101740fe15e0SLoGin }
101840fe15e0SLoGin 
101940fe15e0SLoGin /// 未在当前CPU上激活的页表的刷新器
102040fe15e0SLoGin ///
102140fe15e0SLoGin /// 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
102240fe15e0SLoGin ///
102340fe15e0SLoGin /// 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)
102440fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
102540fe15e0SLoGin pub struct InactiveFlusher;
102640fe15e0SLoGin 
102740fe15e0SLoGin impl InactiveFlusher {
102840fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
102940fe15e0SLoGin         return Self {};
103040fe15e0SLoGin     }
103140fe15e0SLoGin }
103240fe15e0SLoGin 
103340fe15e0SLoGin impl Flusher<MMArch> for InactiveFlusher {
103440fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<MMArch>) {
103540fe15e0SLoGin         unsafe {
103640fe15e0SLoGin             flush.ignore();
103740fe15e0SLoGin         }
103840fe15e0SLoGin     }
103940fe15e0SLoGin }
104040fe15e0SLoGin 
104140fe15e0SLoGin impl Drop for InactiveFlusher {
104240fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
104340fe15e0SLoGin         // 发送刷新页表的IPI
104440fe15e0SLoGin         send_ipi(IpiKind::FlushTLB, IpiTarget::Other);
104540fe15e0SLoGin     }
104640fe15e0SLoGin }
104740fe15e0SLoGin 
104840fe15e0SLoGin /// # 把一个地址向下对齐到页大小
104940fe15e0SLoGin pub fn round_down_to_page_size(addr: usize) -> usize {
105040fe15e0SLoGin     addr & !(MMArch::PAGE_SIZE - 1)
105140fe15e0SLoGin }
105240fe15e0SLoGin 
105340fe15e0SLoGin /// # 把一个地址向上对齐到页大小
105440fe15e0SLoGin pub fn round_up_to_page_size(addr: usize) -> usize {
105540fe15e0SLoGin     round_down_to_page_size(addr + MMArch::PAGE_SIZE - 1)
105640fe15e0SLoGin }
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