xref: /DragonOS/kernel/src/mm/page.rs (revision dc9b4fea1bcff86cfb49293552654e2dd038ae9e)
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};
112eab6dd7S曾俊 use log::{error, info};
1256cc4dbeSJomo 
1340fe15e0SLoGin use crate::{
1440fe15e0SLoGin     arch::{interrupt::ipi::send_ipi, MMArch},
1540fe15e0SLoGin     exception::ipi::{IpiKind, IpiTarget},
166fc066acSJomo     ipc::shm::ShmId,
1756cc4dbeSJomo     libs::spinlock::{SpinLock, SpinLockGuard},
1840fe15e0SLoGin };
1940fe15e0SLoGin 
2040fe15e0SLoGin use super::{
21a17651b1SMemoryShore     allocator::page_frame::{FrameAllocator, PageFrameCount},
22a17651b1SMemoryShore     syscall::ProtFlags,
23a17651b1SMemoryShore     ucontext::LockedVMA,
2456cc4dbeSJomo     MemoryManagementArch, PageTableKind, PhysAddr, VirtAddr,
2540fe15e0SLoGin };
2640fe15e0SLoGin 
2723ef2b33SLoGin pub const PAGE_4K_SHIFT: usize = 12;
2823ef2b33SLoGin #[allow(dead_code)]
2923ef2b33SLoGin pub const PAGE_2M_SHIFT: usize = 21;
3023ef2b33SLoGin pub const PAGE_1G_SHIFT: usize = 30;
3123ef2b33SLoGin 
32370472f7SLoGin pub const PAGE_4K_SIZE: usize = 1 << PAGE_4K_SHIFT;
33370472f7SLoGin pub const PAGE_2M_SIZE: usize = 1 << PAGE_2M_SHIFT;
34370472f7SLoGin 
3556cc4dbeSJomo /// 全局物理页信息管理器
3656cc4dbeSJomo pub static mut PAGE_MANAGER: Option<SpinLock<PageManager>> = None;
3756cc4dbeSJomo 
3856cc4dbeSJomo /// 初始化PAGE_MANAGER
3956cc4dbeSJomo pub fn page_manager_init() {
402eab6dd7S曾俊     info!("page_manager_init");
4156cc4dbeSJomo     let page_manager = SpinLock::new(PageManager::new());
4256cc4dbeSJomo 
4356cc4dbeSJomo     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4456cc4dbeSJomo     unsafe { PAGE_MANAGER = Some(page_manager) };
4556cc4dbeSJomo     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4656cc4dbeSJomo 
472eab6dd7S曾俊     info!("page_manager_init done");
4856cc4dbeSJomo }
4956cc4dbeSJomo 
506fc066acSJomo pub fn page_manager_lock_irqsave() -> SpinLockGuard<'static, PageManager> {
5156cc4dbeSJomo     unsafe { PAGE_MANAGER.as_ref().unwrap().lock_irqsave() }
5256cc4dbeSJomo }
5356cc4dbeSJomo 
5456cc4dbeSJomo // 物理页管理器
5556cc4dbeSJomo pub struct PageManager {
5656cc4dbeSJomo     phys2page: HashMap<PhysAddr, Page>,
5756cc4dbeSJomo }
5856cc4dbeSJomo 
5956cc4dbeSJomo impl PageManager {
6056cc4dbeSJomo     pub fn new() -> Self {
6156cc4dbeSJomo         Self {
6256cc4dbeSJomo             phys2page: HashMap::new(),
6356cc4dbeSJomo         }
6456cc4dbeSJomo     }
6556cc4dbeSJomo 
666fc066acSJomo     pub fn contains(&self, paddr: &PhysAddr) -> bool {
676fc066acSJomo         self.phys2page.contains_key(paddr)
686fc066acSJomo     }
696fc066acSJomo 
706fc066acSJomo     pub fn get(&self, paddr: &PhysAddr) -> Option<&Page> {
716fc066acSJomo         self.phys2page.get(paddr)
726fc066acSJomo     }
736fc066acSJomo 
7456cc4dbeSJomo     pub fn get_mut(&mut self, paddr: &PhysAddr) -> &mut Page {
75a17651b1SMemoryShore         self.phys2page
76a17651b1SMemoryShore             .get_mut(paddr)
77a17651b1SMemoryShore             .unwrap_or_else(|| panic!("{:?}", paddr))
7856cc4dbeSJomo     }
7956cc4dbeSJomo 
8056cc4dbeSJomo     pub fn insert(&mut self, paddr: PhysAddr, page: Page) {
8156cc4dbeSJomo         self.phys2page.insert(paddr, page);
8256cc4dbeSJomo     }
8356cc4dbeSJomo 
8456cc4dbeSJomo     pub fn remove_page(&mut self, paddr: &PhysAddr) {
8556cc4dbeSJomo         self.phys2page.remove(paddr);
8656cc4dbeSJomo     }
8756cc4dbeSJomo }
8856cc4dbeSJomo 
8956cc4dbeSJomo /// 物理页面信息
9056cc4dbeSJomo pub struct Page {
9156cc4dbeSJomo     /// 映射计数
9256cc4dbeSJomo     map_count: usize,
9356cc4dbeSJomo     /// 是否为共享页
9456cc4dbeSJomo     shared: bool,
956fc066acSJomo     /// 映射计数为0时,是否可回收
966fc066acSJomo     free_when_zero: bool,
976fc066acSJomo     /// 共享页id(如果是共享页)
986fc066acSJomo     shm_id: Option<ShmId>,
9956cc4dbeSJomo     /// 映射到当前page的VMA
10056cc4dbeSJomo     anon_vma: HashSet<Arc<LockedVMA>>,
10156cc4dbeSJomo }
10256cc4dbeSJomo 
10356cc4dbeSJomo impl Page {
10456cc4dbeSJomo     pub fn new(shared: bool) -> Self {
1056fc066acSJomo         let dealloc_when_zero = !shared;
10656cc4dbeSJomo         Self {
10756cc4dbeSJomo             map_count: 0,
10856cc4dbeSJomo             shared,
1096fc066acSJomo             free_when_zero: dealloc_when_zero,
1106fc066acSJomo             shm_id: None,
11156cc4dbeSJomo             anon_vma: HashSet::new(),
11256cc4dbeSJomo         }
11356cc4dbeSJomo     }
11456cc4dbeSJomo 
11556cc4dbeSJomo     /// 将vma加入anon_vma
11656cc4dbeSJomo     pub fn insert_vma(&mut self, vma: Arc<LockedVMA>) {
11756cc4dbeSJomo         self.anon_vma.insert(vma);
11856cc4dbeSJomo         self.map_count += 1;
11956cc4dbeSJomo     }
12056cc4dbeSJomo 
12156cc4dbeSJomo     /// 将vma从anon_vma中删去
12256cc4dbeSJomo     pub fn remove_vma(&mut self, vma: &LockedVMA) {
12356cc4dbeSJomo         self.anon_vma.remove(vma);
12456cc4dbeSJomo         self.map_count -= 1;
12556cc4dbeSJomo     }
12656cc4dbeSJomo 
12756cc4dbeSJomo     /// 判断当前物理页是否能被回
12856cc4dbeSJomo     pub fn can_deallocate(&self) -> bool {
1296fc066acSJomo         self.map_count == 0 && self.free_when_zero
1306fc066acSJomo     }
1316fc066acSJomo 
1326fc066acSJomo     pub fn shared(&self) -> bool {
1336fc066acSJomo         self.shared
1346fc066acSJomo     }
1356fc066acSJomo 
1366fc066acSJomo     pub fn shm_id(&self) -> Option<ShmId> {
1376fc066acSJomo         self.shm_id
1386fc066acSJomo     }
1396fc066acSJomo 
1406fc066acSJomo     pub fn set_shm_id(&mut self, shm_id: ShmId) {
1416fc066acSJomo         self.shm_id = Some(shm_id);
1426fc066acSJomo     }
1436fc066acSJomo 
1446fc066acSJomo     pub fn set_dealloc_when_zero(&mut self, dealloc_when_zero: bool) {
1456fc066acSJomo         self.free_when_zero = dealloc_when_zero;
1466fc066acSJomo     }
1476fc066acSJomo 
148a17651b1SMemoryShore     #[inline(always)]
1496fc066acSJomo     pub fn anon_vma(&self) -> &HashSet<Arc<LockedVMA>> {
1506fc066acSJomo         &self.anon_vma
15156cc4dbeSJomo     }
152a17651b1SMemoryShore 
153a17651b1SMemoryShore     #[inline(always)]
154a17651b1SMemoryShore     pub fn map_count(&self) -> usize {
155a17651b1SMemoryShore         self.map_count
156a17651b1SMemoryShore     }
15756cc4dbeSJomo }
15856cc4dbeSJomo 
15940fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
16040fe15e0SLoGin pub struct PageTable<Arch> {
16140fe15e0SLoGin     /// 当前页表表示的虚拟地址空间的起始地址
16240fe15e0SLoGin     base: VirtAddr,
16340fe15e0SLoGin     /// 当前页表所在的物理地址
16440fe15e0SLoGin     phys: PhysAddr,
16540fe15e0SLoGin     /// 当前页表的层级(请注意,最顶级页表的level为[Arch::PAGE_LEVELS - 1])
16640fe15e0SLoGin     level: usize,
16740fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
16840fe15e0SLoGin }
16940fe15e0SLoGin 
17040fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
17140fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageTable<Arch> {
17240fe15e0SLoGin     pub unsafe fn new(base: VirtAddr, phys: PhysAddr, level: usize) -> Self {
17340fe15e0SLoGin         Self {
17440fe15e0SLoGin             base,
17540fe15e0SLoGin             phys,
17640fe15e0SLoGin             level,
17740fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
17840fe15e0SLoGin         }
17940fe15e0SLoGin     }
18040fe15e0SLoGin 
18140fe15e0SLoGin     /// 获取顶级页表
18240fe15e0SLoGin     ///
18340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
18440fe15e0SLoGin     ///
18540fe15e0SLoGin     /// - table_kind 页表类型
18640fe15e0SLoGin     ///
18740fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
18840fe15e0SLoGin     ///
18940fe15e0SLoGin     /// 返回顶级页表
19040fe15e0SLoGin     pub unsafe fn top_level_table(table_kind: PageTableKind) -> Self {
19140fe15e0SLoGin         return Self::new(
19240fe15e0SLoGin             VirtAddr::new(0),
19340fe15e0SLoGin             Arch::table(table_kind),
19440fe15e0SLoGin             Arch::PAGE_LEVELS - 1,
19540fe15e0SLoGin         );
19640fe15e0SLoGin     }
19740fe15e0SLoGin 
19840fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的物理地址
19940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
20040fe15e0SLoGin     pub fn phys(&self) -> PhysAddr {
20140fe15e0SLoGin         self.phys
20240fe15e0SLoGin     }
20340fe15e0SLoGin 
20440fe15e0SLoGin     /// 当前页表表示的虚拟地址空间的起始地址
20540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
20640fe15e0SLoGin     pub fn base(&self) -> VirtAddr {
20740fe15e0SLoGin         self.base
20840fe15e0SLoGin     }
20940fe15e0SLoGin 
21040fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的层级
21140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
21240fe15e0SLoGin     pub fn level(&self) -> usize {
21340fe15e0SLoGin         self.level
21440fe15e0SLoGin     }
21540fe15e0SLoGin 
21640fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表自身所在的虚拟地址
21740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
21840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn virt(&self) -> VirtAddr {
21940fe15e0SLoGin         return Arch::phys_2_virt(self.phys).unwrap();
22040fe15e0SLoGin     }
22140fe15e0SLoGin 
22240fe15e0SLoGin     /// 获取第i个页表项所表示的虚拟内存空间的起始地址
22340fe15e0SLoGin     pub fn entry_base(&self, i: usize) -> Option<VirtAddr> {
22440fe15e0SLoGin         if i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM {
22540fe15e0SLoGin             let shift = self.level * Arch::PAGE_ENTRY_SHIFT + Arch::PAGE_SHIFT;
22640fe15e0SLoGin             return Some(self.base.add(i << shift));
22740fe15e0SLoGin         } else {
22840fe15e0SLoGin             return None;
22940fe15e0SLoGin         }
23040fe15e0SLoGin     }
23140fe15e0SLoGin 
23240fe15e0SLoGin     /// 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)
23340fe15e0SLoGin     pub unsafe fn entry_virt(&self, i: usize) -> Option<VirtAddr> {
23440fe15e0SLoGin         if i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM {
23540fe15e0SLoGin             return Some(self.virt().add(i * Arch::PAGE_ENTRY_SIZE));
23640fe15e0SLoGin         } else {
23740fe15e0SLoGin             return None;
23840fe15e0SLoGin         }
23940fe15e0SLoGin     }
24040fe15e0SLoGin 
24140fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的第i个页表项
24240fe15e0SLoGin     pub unsafe fn entry(&self, i: usize) -> Option<PageEntry<Arch>> {
24340fe15e0SLoGin         let entry_virt = self.entry_virt(i)?;
2447a29d4fcSLoGin         return Some(PageEntry::from_usize(Arch::read::<usize>(entry_virt)));
24540fe15e0SLoGin     }
24640fe15e0SLoGin 
24740fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表的第i个页表项
24840fe15e0SLoGin     pub unsafe fn set_entry(&self, i: usize, entry: PageEntry<Arch>) -> Option<()> {
24940fe15e0SLoGin         let entry_virt = self.entry_virt(i)?;
25040fe15e0SLoGin         Arch::write::<usize>(entry_virt, entry.data());
25140fe15e0SLoGin         return Some(());
25240fe15e0SLoGin     }
25340fe15e0SLoGin 
25440fe15e0SLoGin     /// 判断当前页表的第i个页表项是否已经填写了值
25540fe15e0SLoGin     ///
25640fe15e0SLoGin     /// ## 参数
25740fe15e0SLoGin     /// - Some(true) 如果已经填写了值
25840fe15e0SLoGin     /// - Some(false) 如果未填写值
25940fe15e0SLoGin     /// - None 如果i超出了页表项的范围
26040fe15e0SLoGin     pub fn entry_mapped(&self, i: usize) -> Option<bool> {
26140fe15e0SLoGin         let etv = unsafe { self.entry_virt(i) }?;
26240fe15e0SLoGin         if unsafe { Arch::read::<usize>(etv) } != 0 {
26340fe15e0SLoGin             return Some(true);
26440fe15e0SLoGin         } else {
26540fe15e0SLoGin             return Some(false);
26640fe15e0SLoGin         }
26740fe15e0SLoGin     }
26840fe15e0SLoGin 
26940fe15e0SLoGin     /// 根据虚拟地址,获取对应的页表项在页表中的下标
27040fe15e0SLoGin     ///
27140fe15e0SLoGin     /// ## 参数
27240fe15e0SLoGin     ///
27340fe15e0SLoGin     /// - addr: 虚拟地址
27440fe15e0SLoGin     ///
27540fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
27640fe15e0SLoGin     ///
27740fe15e0SLoGin     /// 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
278a17651b1SMemoryShore     pub fn index_of(&self, addr: VirtAddr) -> Option<usize> {
27940fe15e0SLoGin         let addr = VirtAddr::new(addr.data() & Arch::PAGE_ADDRESS_MASK);
28040fe15e0SLoGin         let shift = self.level * Arch::PAGE_ENTRY_SHIFT + Arch::PAGE_SHIFT;
28140fe15e0SLoGin 
28240fe15e0SLoGin         let mask = (MMArch::PAGE_ENTRY_NUM << shift) - 1;
28340fe15e0SLoGin         if addr < self.base || addr >= self.base.add(mask) {
28440fe15e0SLoGin             return None;
28540fe15e0SLoGin         } else {
28640fe15e0SLoGin             return Some((addr.data() >> shift) & MMArch::PAGE_ENTRY_MASK);
28740fe15e0SLoGin         }
28840fe15e0SLoGin     }
28940fe15e0SLoGin 
29040fe15e0SLoGin     /// 获取第i个页表项指向的下一级页表
29140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn next_level_table(&self, index: usize) -> Option<Self> {
29240fe15e0SLoGin         if self.level == 0 {
29340fe15e0SLoGin             return None;
29440fe15e0SLoGin         }
29540fe15e0SLoGin 
29640fe15e0SLoGin         // 返回下一级页表
29740fe15e0SLoGin         return Some(PageTable::new(
29840fe15e0SLoGin             self.entry_base(index)?,
29940fe15e0SLoGin             self.entry(index)?.address().ok()?,
30040fe15e0SLoGin             self.level - 1,
30140fe15e0SLoGin         ));
30240fe15e0SLoGin     }
303a17651b1SMemoryShore 
304a17651b1SMemoryShore     /// 拷贝页表
305a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
306a17651b1SMemoryShore     ///
307a17651b1SMemoryShore     /// - `allocator`: 物理页框分配器
308a17651b1SMemoryShore     /// - `copy_on_write`: 是否写时复制
309a17651b1SMemoryShore     pub unsafe fn clone(
310a17651b1SMemoryShore         &self,
311a17651b1SMemoryShore         allocator: &mut impl FrameAllocator,
312a17651b1SMemoryShore         copy_on_write: bool,
313a17651b1SMemoryShore     ) -> Option<PageTable<Arch>> {
314a17651b1SMemoryShore         // 分配新页面作为新的页表
315a17651b1SMemoryShore         let phys = allocator.allocate_one()?;
316a17651b1SMemoryShore         let frame = MMArch::phys_2_virt(phys).unwrap();
317a17651b1SMemoryShore         MMArch::write_bytes(frame, 0, MMArch::PAGE_SIZE);
318a17651b1SMemoryShore         let new_table = PageTable::new(self.base, phys, self.level);
319a17651b1SMemoryShore         if self.level == 0 {
320a17651b1SMemoryShore             for i in 0..Arch::PAGE_ENTRY_NUM {
321a17651b1SMemoryShore                 if let Some(mut entry) = self.entry(i) {
322a17651b1SMemoryShore                     if entry.present() {
323a17651b1SMemoryShore                         if copy_on_write {
324a17651b1SMemoryShore                             let mut new_flags = entry.flags().set_write(false);
325a17651b1SMemoryShore                             entry.set_flags(new_flags);
326a17651b1SMemoryShore                             self.set_entry(i, entry);
327a17651b1SMemoryShore                             new_flags = new_flags.set_dirty(false);
328a17651b1SMemoryShore                             entry.set_flags(new_flags);
329a17651b1SMemoryShore                             new_table.set_entry(i, entry);
330a17651b1SMemoryShore                         } else {
331a17651b1SMemoryShore                             let phys = allocator.allocate_one()?;
332a17651b1SMemoryShore                             let mut anon_vma_guard = page_manager_lock_irqsave();
333a17651b1SMemoryShore                             anon_vma_guard.insert(phys, Page::new(false));
334a17651b1SMemoryShore                             let old_phys = entry.address().unwrap();
335a17651b1SMemoryShore                             let frame = MMArch::phys_2_virt(phys).unwrap().data() as *mut u8;
336a17651b1SMemoryShore                             frame.copy_from_nonoverlapping(
337a17651b1SMemoryShore                                 MMArch::phys_2_virt(old_phys).unwrap().data() as *mut u8,
338a17651b1SMemoryShore                                 MMArch::PAGE_SIZE,
339a17651b1SMemoryShore                             );
340a17651b1SMemoryShore                             new_table.set_entry(i, PageEntry::new(phys, entry.flags()));
341a17651b1SMemoryShore                         }
342a17651b1SMemoryShore                     }
343a17651b1SMemoryShore                 }
344a17651b1SMemoryShore             }
345a17651b1SMemoryShore         } else {
346a17651b1SMemoryShore             // 非一级页表拷贝时,对每个页表项对应的页表都进行拷贝
347a17651b1SMemoryShore             for i in 0..MMArch::PAGE_ENTRY_NUM {
348a17651b1SMemoryShore                 if let Some(next_table) = self.next_level_table(i) {
349a17651b1SMemoryShore                     let table = next_table.clone(allocator, copy_on_write)?;
350a17651b1SMemoryShore                     let old_entry = self.entry(i).unwrap();
351a17651b1SMemoryShore                     let entry = PageEntry::new(table.phys(), old_entry.flags());
352a17651b1SMemoryShore                     new_table.set_entry(i, entry);
353a17651b1SMemoryShore                 }
354a17651b1SMemoryShore             }
355a17651b1SMemoryShore         }
356a17651b1SMemoryShore         Some(new_table)
357a17651b1SMemoryShore     }
35840fe15e0SLoGin }
35940fe15e0SLoGin 
36040fe15e0SLoGin /// 页表项
36140fe15e0SLoGin #[derive(Copy, Clone)]
36240fe15e0SLoGin pub struct PageEntry<Arch> {
36340fe15e0SLoGin     data: usize,
36440fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
36540fe15e0SLoGin }
36640fe15e0SLoGin 
36740fe15e0SLoGin impl<Arch> Debug for PageEntry<Arch> {
36840fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut Formatter<'_>) -> Result<(), Error> {
36940fe15e0SLoGin         f.write_fmt(format_args!("PageEntry({:#x})", self.data))
37040fe15e0SLoGin     }
37140fe15e0SLoGin }
37240fe15e0SLoGin 
37340fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageEntry<Arch> {
37440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
3757a29d4fcSLoGin     pub fn new(paddr: PhysAddr, flags: PageFlags<Arch>) -> Self {
3767a29d4fcSLoGin         Self {
3777a29d4fcSLoGin             data: MMArch::make_entry(paddr, flags.data()),
3787a29d4fcSLoGin             phantom: PhantomData,
3797a29d4fcSLoGin         }
3807a29d4fcSLoGin     }
3817a29d4fcSLoGin     #[inline(always)]
3827a29d4fcSLoGin     pub fn from_usize(data: usize) -> Self {
38340fe15e0SLoGin         Self {
38440fe15e0SLoGin             data,
38540fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
38640fe15e0SLoGin         }
38740fe15e0SLoGin     }
38840fe15e0SLoGin 
38940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
39040fe15e0SLoGin     pub fn data(&self) -> usize {
39140fe15e0SLoGin         self.data
39240fe15e0SLoGin     }
39340fe15e0SLoGin 
39440fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项指向的物理地址
39540fe15e0SLoGin     ///
39640fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
39740fe15e0SLoGin     ///
39840fe15e0SLoGin     /// - Ok(PhysAddr) 如果当前页面存在于物理内存中, 返回物理地址
39940fe15e0SLoGin     /// - Err(PhysAddr) 如果当前页表项不存在, 返回物理地址
40040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
40140fe15e0SLoGin     pub fn address(&self) -> Result<PhysAddr, PhysAddr> {
4027a29d4fcSLoGin         let paddr: PhysAddr = {
4037a29d4fcSLoGin             #[cfg(target_arch = "x86_64")]
4047a29d4fcSLoGin             {
4057a29d4fcSLoGin                 PhysAddr::new(self.data & Arch::PAGE_ADDRESS_MASK)
4067a29d4fcSLoGin             }
4077a29d4fcSLoGin 
4087a29d4fcSLoGin             #[cfg(target_arch = "riscv64")]
4097a29d4fcSLoGin             {
410453452ccSLoGin                 let ppn = ((self.data & (!((1 << 10) - 1))) >> 10) & ((1 << 54) - 1);
4117a29d4fcSLoGin                 super::allocator::page_frame::PhysPageFrame::from_ppn(ppn).phys_address()
4127a29d4fcSLoGin             }
4137a29d4fcSLoGin         };
41440fe15e0SLoGin 
41540fe15e0SLoGin         if self.present() {
41640fe15e0SLoGin             Ok(paddr)
41740fe15e0SLoGin         } else {
41840fe15e0SLoGin             Err(paddr)
41940fe15e0SLoGin         }
42040fe15e0SLoGin     }
42140fe15e0SLoGin 
42240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
42340fe15e0SLoGin     pub fn flags(&self) -> PageFlags<Arch> {
42440fe15e0SLoGin         unsafe { PageFlags::from_data(self.data & Arch::ENTRY_FLAGS_MASK) }
42540fe15e0SLoGin     }
42640fe15e0SLoGin 
42740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
42840fe15e0SLoGin     pub fn set_flags(&mut self, flags: PageFlags<Arch>) {
42940fe15e0SLoGin         self.data = (self.data & !Arch::ENTRY_FLAGS_MASK) | flags.data();
43040fe15e0SLoGin     }
43140fe15e0SLoGin 
43240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
43340fe15e0SLoGin     pub fn present(&self) -> bool {
43440fe15e0SLoGin         return self.data & Arch::ENTRY_FLAG_PRESENT != 0;
43540fe15e0SLoGin     }
436a17651b1SMemoryShore 
437a17651b1SMemoryShore     #[inline(always)]
438a17651b1SMemoryShore     pub fn empty(&self) -> bool {
439a17651b1SMemoryShore         self.data & !(Arch::ENTRY_FLAG_DIRTY & Arch::ENTRY_FLAG_ACCESSED) == 0
440a17651b1SMemoryShore     }
441a17651b1SMemoryShore 
442a17651b1SMemoryShore     #[inline(always)]
443a17651b1SMemoryShore     pub fn protnone(&self) -> bool {
444a17651b1SMemoryShore         return self.data & (Arch::ENTRY_FLAG_PRESENT | Arch::ENTRY_FLAG_GLOBAL)
445a17651b1SMemoryShore             == Arch::ENTRY_FLAG_GLOBAL;
446a17651b1SMemoryShore     }
447a17651b1SMemoryShore 
448a17651b1SMemoryShore     #[inline(always)]
449a17651b1SMemoryShore     pub fn write(&self) -> bool {
450a17651b1SMemoryShore         return self.data & Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE != 0;
451a17651b1SMemoryShore     }
45240fe15e0SLoGin }
45340fe15e0SLoGin 
45440fe15e0SLoGin /// 页表项的标志位
45540fe15e0SLoGin #[derive(Copy, Clone, Hash)]
45640fe15e0SLoGin pub struct PageFlags<Arch> {
45740fe15e0SLoGin     data: usize,
45840fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
45940fe15e0SLoGin }
46040fe15e0SLoGin 
461*dc9b4feaSLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Default for PageFlags<Arch> {
462*dc9b4feaSLoGin     fn default() -> Self {
463*dc9b4feaSLoGin         Self::new()
464*dc9b4feaSLoGin     }
465*dc9b4feaSLoGin }
466*dc9b4feaSLoGin 
46740fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
46840fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlags<Arch> {
46940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
47040fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
47140fe15e0SLoGin         let mut r = unsafe {
47240fe15e0SLoGin             Self::from_data(
47340fe15e0SLoGin                 Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_PAGE
47440fe15e0SLoGin                     | Arch::ENTRY_FLAG_READONLY
47540fe15e0SLoGin                     | Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC,
47640fe15e0SLoGin             )
47740fe15e0SLoGin         };
47840fe15e0SLoGin 
47940fe15e0SLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
48040fe15e0SLoGin         {
48140fe15e0SLoGin             if crate::arch::mm::X86_64MMArch::is_xd_reserved() {
48240fe15e0SLoGin                 r = r.set_execute(true);
48340fe15e0SLoGin             }
48440fe15e0SLoGin         }
48540fe15e0SLoGin 
48640fe15e0SLoGin         return r;
48740fe15e0SLoGin     }
48840fe15e0SLoGin 
48940fe15e0SLoGin     /// 根据ProtFlags生成PageFlags
49040fe15e0SLoGin     ///
49140fe15e0SLoGin     /// ## 参数
49240fe15e0SLoGin     ///
49340fe15e0SLoGin     /// - prot_flags: 页的保护标志
49440fe15e0SLoGin     /// - user: 用户空间是否可访问
49540fe15e0SLoGin     pub fn from_prot_flags(prot_flags: ProtFlags, user: bool) -> PageFlags<Arch> {
49640fe15e0SLoGin         let flags: PageFlags<Arch> = PageFlags::new()
49740fe15e0SLoGin             .set_user(user)
49840fe15e0SLoGin             .set_execute(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_EXEC))
49940fe15e0SLoGin             .set_write(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_WRITE));
50040fe15e0SLoGin 
50140fe15e0SLoGin         return flags;
50240fe15e0SLoGin     }
50340fe15e0SLoGin 
50440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
50540fe15e0SLoGin     pub fn data(&self) -> usize {
50640fe15e0SLoGin         self.data
50740fe15e0SLoGin     }
50840fe15e0SLoGin 
50940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
51040fe15e0SLoGin     pub const unsafe fn from_data(data: usize) -> Self {
51140fe15e0SLoGin         return Self {
512b5b571e0SLoGin             data,
51340fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
51440fe15e0SLoGin         };
51540fe15e0SLoGin     }
51640fe15e0SLoGin 
51740fe15e0SLoGin     /// 为新页表的页表项设置默认值
51840fe15e0SLoGin     ///
51940fe15e0SLoGin     /// 默认值为:
52040fe15e0SLoGin     /// - present
52140fe15e0SLoGin     /// - read only
52240fe15e0SLoGin     /// - kernel space
52340fe15e0SLoGin     /// - no exec
52440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
52540fe15e0SLoGin     pub fn new_page_table(user: bool) -> Self {
52640fe15e0SLoGin         return unsafe {
5277a29d4fcSLoGin             let r = {
5287a29d4fcSLoGin                 #[cfg(target_arch = "x86_64")]
5297a29d4fcSLoGin                 {
5307a29d4fcSLoGin                     Self::from_data(Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE | Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE)
5317a29d4fcSLoGin                 }
5327a29d4fcSLoGin 
5337a29d4fcSLoGin                 #[cfg(target_arch = "riscv64")]
5347a29d4fcSLoGin                 {
5357a29d4fcSLoGin                     // riscv64指向下一级页表的页表项,不应设置R/W/X权限位
5367a29d4fcSLoGin                     Self::from_data(Arch::ENTRY_FLAG_DEFAULT_TABLE)
5377a29d4fcSLoGin                 }
5387a29d4fcSLoGin             };
539471d65cfSLoGin 
540471d65cfSLoGin             #[cfg(target_arch = "x86_64")]
541471d65cfSLoGin             {
54240fe15e0SLoGin                 if user {
54340fe15e0SLoGin                     r.set_user(true)
54440fe15e0SLoGin                 } else {
54540fe15e0SLoGin                     r
54640fe15e0SLoGin                 }
547471d65cfSLoGin             }
548471d65cfSLoGin 
549471d65cfSLoGin             #[cfg(target_arch = "riscv64")]
550471d65cfSLoGin             {
551471d65cfSLoGin                 r
552471d65cfSLoGin             }
55340fe15e0SLoGin         };
55440fe15e0SLoGin     }
55540fe15e0SLoGin 
55640fe15e0SLoGin     /// 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。
55740fe15e0SLoGin     ///
55840fe15e0SLoGin     /// ## 参数
55940fe15e0SLoGin     /// - flag 要更新的标志位的值
56040fe15e0SLoGin     /// - value 如果为true,那么将flag对应的位设置为1,否则设置为0
56140fe15e0SLoGin     ///
56240fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
56340fe15e0SLoGin     ///
56440fe15e0SLoGin     /// 更新后的页表项
56540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
56640fe15e0SLoGin     #[must_use]
56740fe15e0SLoGin     pub fn update_flags(mut self, flag: usize, value: bool) -> Self {
56840fe15e0SLoGin         if value {
56940fe15e0SLoGin             self.data |= flag;
57040fe15e0SLoGin         } else {
57140fe15e0SLoGin             self.data &= !flag;
57240fe15e0SLoGin         }
57340fe15e0SLoGin         return self;
57440fe15e0SLoGin     }
57540fe15e0SLoGin 
57640fe15e0SLoGin     /// 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)
57740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
57840fe15e0SLoGin     pub fn has_flag(&self, flag: usize) -> bool {
57940fe15e0SLoGin         return self.data & flag == flag;
58040fe15e0SLoGin     }
58140fe15e0SLoGin 
58240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
58340fe15e0SLoGin     pub fn present(&self) -> bool {
58440fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_PRESENT);
58540fe15e0SLoGin     }
58640fe15e0SLoGin 
58740fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的权限
58840fe15e0SLoGin     ///
58940fe15e0SLoGin     /// @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
59040fe15e0SLoGin     #[must_use]
59140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
59240fe15e0SLoGin     pub fn set_user(self, value: bool) -> Self {
59340fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_USER, value);
59440fe15e0SLoGin     }
59540fe15e0SLoGin 
59640fe15e0SLoGin     /// 用户态是否可以访问当前页表项
59740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
59840fe15e0SLoGin     pub fn has_user(&self) -> bool {
59940fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_USER);
60040fe15e0SLoGin     }
60140fe15e0SLoGin 
60240fe15e0SLoGin     /// 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
60340fe15e0SLoGin     ///
60440fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
60540fe15e0SLoGin     ///
60640fe15e0SLoGin     /// 更新后的页表项.
60740fe15e0SLoGin     ///
60840fe15e0SLoGin     /// **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
60940fe15e0SLoGin     #[must_use]
61040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
61140fe15e0SLoGin     pub fn set_write(self, value: bool) -> Self {
6127a29d4fcSLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
6137a29d4fcSLoGin         {
61440fe15e0SLoGin             // 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
61540fe15e0SLoGin             return self
61640fe15e0SLoGin                 .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READONLY, !value)
61740fe15e0SLoGin                 .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE, value);
61840fe15e0SLoGin         }
61940fe15e0SLoGin 
6207a29d4fcSLoGin         #[cfg(target_arch = "riscv64")]
6217a29d4fcSLoGin         {
6227a29d4fcSLoGin             if value {
6237a29d4fcSLoGin                 return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE, true);
6247a29d4fcSLoGin             } else {
625471d65cfSLoGin                 return self
626471d65cfSLoGin                     .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_READONLY, true)
627471d65cfSLoGin                     .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_WRITEABLE, false);
6287a29d4fcSLoGin             }
6297a29d4fcSLoGin         }
6307a29d4fcSLoGin     }
6317a29d4fcSLoGin 
63240fe15e0SLoGin     /// 当前页表项是否可写
63340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
63440fe15e0SLoGin     pub fn has_write(&self) -> bool {
63540fe15e0SLoGin         // 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
63640fe15e0SLoGin         return self.data & (Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE | Arch::ENTRY_FLAG_READONLY)
63740fe15e0SLoGin             == Arch::ENTRY_FLAG_READWRITE;
63840fe15e0SLoGin     }
63940fe15e0SLoGin 
64040fe15e0SLoGin     /// 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
64140fe15e0SLoGin     #[must_use]
64240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
64340fe15e0SLoGin     pub fn set_execute(self, mut value: bool) -> Self {
64440fe15e0SLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
64540fe15e0SLoGin         {
64640fe15e0SLoGin             // 如果xd位被保留,那么将可执行性设置为true
64740fe15e0SLoGin             if crate::arch::mm::X86_64MMArch::is_xd_reserved() {
64840fe15e0SLoGin                 value = true;
64940fe15e0SLoGin             }
65040fe15e0SLoGin         }
65140fe15e0SLoGin 
65240fe15e0SLoGin         // 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
65340fe15e0SLoGin         return self
65440fe15e0SLoGin             .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC, !value)
65540fe15e0SLoGin             .update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_EXEC, value);
65640fe15e0SLoGin     }
65740fe15e0SLoGin 
65840fe15e0SLoGin     /// 当前页表项是否可执行
65940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
66040fe15e0SLoGin     pub fn has_execute(&self) -> bool {
66140fe15e0SLoGin         // 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
66240fe15e0SLoGin         return self.data & (Arch::ENTRY_FLAG_EXEC | Arch::ENTRY_FLAG_NO_EXEC)
66340fe15e0SLoGin             == Arch::ENTRY_FLAG_EXEC;
66440fe15e0SLoGin     }
66540fe15e0SLoGin 
66640fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的缓存策略
66740fe15e0SLoGin     ///
66840fe15e0SLoGin     /// ## 参数
66940fe15e0SLoGin     ///
67040fe15e0SLoGin     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的缓存策略设置为不缓存。
67140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
67240fe15e0SLoGin     pub fn set_page_cache_disable(self, value: bool) -> Self {
67340fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE, value);
67440fe15e0SLoGin     }
67540fe15e0SLoGin 
67640fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项的缓存策略
67740fe15e0SLoGin     ///
67840fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
67940fe15e0SLoGin     ///
68040fe15e0SLoGin     /// 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。
68140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
68240fe15e0SLoGin     pub fn has_page_cache_disable(&self) -> bool {
68340fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_CACHE_DISABLE);
68440fe15e0SLoGin     }
68540fe15e0SLoGin 
68640fe15e0SLoGin     /// 设置当前页表项的写穿策略
68740fe15e0SLoGin     ///
68840fe15e0SLoGin     /// ## 参数
68940fe15e0SLoGin     ///
69040fe15e0SLoGin     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的写穿策略设置为写穿。
69140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
69240fe15e0SLoGin     pub fn set_page_write_through(self, value: bool) -> Self {
69340fe15e0SLoGin         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH, value);
69440fe15e0SLoGin     }
69540fe15e0SLoGin 
696731bc2b3SLoGin     #[inline(always)]
697731bc2b3SLoGin     pub fn set_page_global(self, value: bool) -> Self {
698731bc2b3SLoGin         return self.update_flags(MMArch::ENTRY_FLAG_GLOBAL, value);
699731bc2b3SLoGin     }
700731bc2b3SLoGin 
70140fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表项的写穿策略
70240fe15e0SLoGin     ///
70340fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
70440fe15e0SLoGin     ///
70540fe15e0SLoGin     /// 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。
70640fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
70740fe15e0SLoGin     pub fn has_page_write_through(&self) -> bool {
70840fe15e0SLoGin         return self.has_flag(Arch::ENTRY_FLAG_WRITE_THROUGH);
70940fe15e0SLoGin     }
71040fe15e0SLoGin 
711a17651b1SMemoryShore     /// 设置当前页表是否为脏页
712a17651b1SMemoryShore     ///
713a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
714a17651b1SMemoryShore     ///
715a17651b1SMemoryShore     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的写穿策略设置为写穿。
716a17651b1SMemoryShore     #[inline(always)]
717a17651b1SMemoryShore     pub fn set_dirty(self, value: bool) -> Self {
718a17651b1SMemoryShore         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_DIRTY, value);
719a17651b1SMemoryShore     }
720a17651b1SMemoryShore 
721a17651b1SMemoryShore     /// 设置当前页表被访问
722a17651b1SMemoryShore     ///
723a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
724a17651b1SMemoryShore     ///
725a17651b1SMemoryShore     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的访问标志设置为已访问。
726a17651b1SMemoryShore     #[inline(always)]
727a17651b1SMemoryShore     pub fn set_access(self, value: bool) -> Self {
728a17651b1SMemoryShore         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_ACCESSED, value);
729a17651b1SMemoryShore     }
730a17651b1SMemoryShore 
731a17651b1SMemoryShore     /// 设置指向的页是否为大页
732a17651b1SMemoryShore     ///
733a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
734a17651b1SMemoryShore     ///
735a17651b1SMemoryShore     /// - value: 如果为true,那么将当前页表项的访问标志设置为已访问。
736a17651b1SMemoryShore     #[inline(always)]
737a17651b1SMemoryShore     pub fn set_huge_page(self, value: bool) -> Self {
738a17651b1SMemoryShore         return self.update_flags(Arch::ENTRY_FLAG_HUGE_PAGE, value);
739a17651b1SMemoryShore     }
740a17651b1SMemoryShore 
74140fe15e0SLoGin     /// MMIO内存的页表项标志
74240fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
74340fe15e0SLoGin     pub fn mmio_flags() -> Self {
744471d65cfSLoGin         #[cfg(target_arch = "x86_64")]
745471d65cfSLoGin         {
746471d65cfSLoGin             Self::new()
74740fe15e0SLoGin                 .set_user(false)
74840fe15e0SLoGin                 .set_write(true)
74940fe15e0SLoGin                 .set_execute(true)
75040fe15e0SLoGin                 .set_page_cache_disable(true)
751731bc2b3SLoGin                 .set_page_write_through(true)
752471d65cfSLoGin                 .set_page_global(true)
753471d65cfSLoGin         }
754471d65cfSLoGin 
755471d65cfSLoGin         #[cfg(target_arch = "riscv64")]
756471d65cfSLoGin         {
757471d65cfSLoGin             Self::new()
758471d65cfSLoGin                 .set_user(false)
759471d65cfSLoGin                 .set_write(true)
760471d65cfSLoGin                 .set_execute(true)
761471d65cfSLoGin                 .set_page_global(true)
762471d65cfSLoGin         }
76340fe15e0SLoGin     }
76440fe15e0SLoGin }
76540fe15e0SLoGin 
76640fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> fmt::Debug for PageFlags<Arch> {
76740fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
76840fe15e0SLoGin         f.debug_struct("PageFlags")
76940fe15e0SLoGin             .field("bits", &format_args!("{:#0x}", self.data))
77040fe15e0SLoGin             .field("present", &self.present())
77140fe15e0SLoGin             .field("has_write", &self.has_write())
77240fe15e0SLoGin             .field("has_execute", &self.has_execute())
77340fe15e0SLoGin             .field("has_user", &self.has_user())
77440fe15e0SLoGin             .finish()
77540fe15e0SLoGin     }
77640fe15e0SLoGin }
77740fe15e0SLoGin 
77840fe15e0SLoGin /// 页表映射器
77940fe15e0SLoGin #[derive(Hash)]
78040fe15e0SLoGin pub struct PageMapper<Arch, F> {
78140fe15e0SLoGin     /// 页表类型
78240fe15e0SLoGin     table_kind: PageTableKind,
78340fe15e0SLoGin     /// 根页表物理地址
78440fe15e0SLoGin     table_paddr: PhysAddr,
78540fe15e0SLoGin     /// 页分配器
78640fe15e0SLoGin     frame_allocator: F,
78740fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<fn() -> Arch>,
78840fe15e0SLoGin }
78940fe15e0SLoGin 
79040fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch, F: FrameAllocator> PageMapper<Arch, F> {
79140fe15e0SLoGin     /// 创建新的页面映射器
79240fe15e0SLoGin     ///
79340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
79440fe15e0SLoGin     /// - table_kind 页表类型
79540fe15e0SLoGin     /// - table_paddr 根页表物理地址
79640fe15e0SLoGin     /// - allocator 页分配器
79740fe15e0SLoGin     ///
79840fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
79940fe15e0SLoGin     ///
80040fe15e0SLoGin     /// 页面映射器
80140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn new(table_kind: PageTableKind, table_paddr: PhysAddr, allocator: F) -> Self {
80240fe15e0SLoGin         return Self {
80340fe15e0SLoGin             table_kind,
80440fe15e0SLoGin             table_paddr,
80540fe15e0SLoGin             frame_allocator: allocator,
80640fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
80740fe15e0SLoGin         };
80840fe15e0SLoGin     }
80940fe15e0SLoGin 
81040fe15e0SLoGin     /// 创建页表,并为这个页表创建页面映射器
81140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn create(table_kind: PageTableKind, mut allocator: F) -> Option<Self> {
81240fe15e0SLoGin         let table_paddr = allocator.allocate_one()?;
81340fe15e0SLoGin         // 清空页表
81440fe15e0SLoGin         let table_vaddr = Arch::phys_2_virt(table_paddr)?;
81540fe15e0SLoGin         Arch::write_bytes(table_vaddr, 0, Arch::PAGE_SIZE);
81640fe15e0SLoGin         return Some(Self::new(table_kind, table_paddr, allocator));
81740fe15e0SLoGin     }
81840fe15e0SLoGin 
81940fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表的页面映射器
82040fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
82140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn current(table_kind: PageTableKind, allocator: F) -> Self {
82240fe15e0SLoGin         let table_paddr = Arch::table(table_kind);
82340fe15e0SLoGin         return Self::new(table_kind, table_paddr, allocator);
82440fe15e0SLoGin     }
82540fe15e0SLoGin 
82640fe15e0SLoGin     /// 判断当前页表分配器所属的页表是否是当前页表
82740fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
82840fe15e0SLoGin     pub fn is_current(&self) -> bool {
82940fe15e0SLoGin         return unsafe { self.table().phys() == Arch::table(self.table_kind) };
83040fe15e0SLoGin     }
83140fe15e0SLoGin 
83240fe15e0SLoGin     /// 将当前页表分配器所属的页表设置为当前页表
83340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
83440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn make_current(&self) {
83540fe15e0SLoGin         Arch::set_table(self.table_kind, self.table_paddr);
83640fe15e0SLoGin     }
83740fe15e0SLoGin 
83840fe15e0SLoGin     /// 获取当前页表分配器所属的根页表的结构体
83940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
84040fe15e0SLoGin     pub fn table(&self) -> PageTable<Arch> {
84140fe15e0SLoGin         // 由于只能通过new方法创建PageMapper,因此这里假定table_paddr是有效的
84240fe15e0SLoGin         return unsafe {
84340fe15e0SLoGin             PageTable::new(VirtAddr::new(0), self.table_paddr, Arch::PAGE_LEVELS - 1)
84440fe15e0SLoGin         };
84540fe15e0SLoGin     }
84640fe15e0SLoGin 
84740fe15e0SLoGin     /// 获取当前PageMapper所对应的页分配器实例的引用
84840fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
84940fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
85040fe15e0SLoGin     pub fn allocator_ref(&self) -> &F {
85140fe15e0SLoGin         return &self.frame_allocator;
85240fe15e0SLoGin     }
85340fe15e0SLoGin 
85440fe15e0SLoGin     /// 获取当前PageMapper所对应的页分配器实例的可变引用
85540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
85640fe15e0SLoGin     pub fn allocator_mut(&mut self) -> &mut F {
85740fe15e0SLoGin         return &mut self.frame_allocator;
85840fe15e0SLoGin     }
85940fe15e0SLoGin 
86040fe15e0SLoGin     /// 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
86140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map(
86240fe15e0SLoGin         &mut self,
86340fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
86440fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
86540fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
86640fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
86740fe15e0SLoGin         let phys: PhysAddr = self.frame_allocator.allocate_one()?;
86840fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
86956cc4dbeSJomo 
870de199e3cSMemoryShore         unsafe {
871de199e3cSMemoryShore             let vaddr = MMArch::phys_2_virt(phys).unwrap();
872de199e3cSMemoryShore             MMArch::write_bytes(vaddr, 0, MMArch::PAGE_SIZE);
873de199e3cSMemoryShore         }
874de199e3cSMemoryShore 
8756fc066acSJomo         let mut page_manager_guard: SpinLockGuard<'static, PageManager> =
8766fc066acSJomo             page_manager_lock_irqsave();
8776fc066acSJomo         if !page_manager_guard.contains(&phys) {
8786fc066acSJomo             page_manager_guard.insert(phys, Page::new(false))
8796fc066acSJomo         }
8806fc066acSJomo 
88140fe15e0SLoGin         return self.map_phys(virt, phys, flags);
88240fe15e0SLoGin     }
88340fe15e0SLoGin 
88440fe15e0SLoGin     /// 映射一个物理页到指定的虚拟地址
88540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map_phys(
88640fe15e0SLoGin         &mut self,
88740fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
88840fe15e0SLoGin         phys: PhysAddr,
88940fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
89040fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
89140fe15e0SLoGin         // 验证虚拟地址和物理地址是否对齐
89240fe15e0SLoGin         if !(virt.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE) && phys.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE)) {
8932eab6dd7S曾俊             error!(
89440fe15e0SLoGin                 "Try to map unaligned page: virt={:?}, phys={:?}",
8952eab6dd7S曾俊                 virt, phys
89640fe15e0SLoGin             );
89740fe15e0SLoGin             return None;
89840fe15e0SLoGin         }
8997a29d4fcSLoGin 
90040fe15e0SLoGin         let virt = VirtAddr::new(virt.data() & (!Arch::PAGE_NEGATIVE_MASK));
90140fe15e0SLoGin 
90240fe15e0SLoGin         // TODO: 验证flags是否合法
90340fe15e0SLoGin 
90440fe15e0SLoGin         // 创建页表项
9057a29d4fcSLoGin         let entry = PageEntry::new(phys, flags);
90640fe15e0SLoGin         let mut table = self.table();
90740fe15e0SLoGin         loop {
90840fe15e0SLoGin             let i = table.index_of(virt)?;
909471d65cfSLoGin 
91040fe15e0SLoGin             assert!(i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM);
91140fe15e0SLoGin             if table.level() == 0 {
91240fe15e0SLoGin                 compiler_fence(Ordering::SeqCst);
9137a29d4fcSLoGin 
91440fe15e0SLoGin                 table.set_entry(i, entry);
91540fe15e0SLoGin                 compiler_fence(Ordering::SeqCst);
91640fe15e0SLoGin                 return Some(PageFlush::new(virt));
91740fe15e0SLoGin             } else {
91840fe15e0SLoGin                 let next_table = table.next_level_table(i);
91940fe15e0SLoGin                 if let Some(next_table) = next_table {
92040fe15e0SLoGin                     table = next_table;
9212eab6dd7S曾俊                     // debug!("Mapping {:?} to next level table...", virt);
92240fe15e0SLoGin                 } else {
92340fe15e0SLoGin                     // 分配下一级页表
92440fe15e0SLoGin                     let frame = self.frame_allocator.allocate_one()?;
9257a29d4fcSLoGin 
92640fe15e0SLoGin                     // 清空这个页帧
92740fe15e0SLoGin                     MMArch::write_bytes(MMArch::phys_2_virt(frame).unwrap(), 0, MMArch::PAGE_SIZE);
92840fe15e0SLoGin                     // 设置页表项的flags
9297a29d4fcSLoGin                     let flags: PageFlags<Arch> =
93040fe15e0SLoGin                         PageFlags::new_page_table(virt.kind() == PageTableKind::User);
93140fe15e0SLoGin 
93240fe15e0SLoGin                     // 把新分配的页表映射到当前页表
9337a29d4fcSLoGin                     table.set_entry(i, PageEntry::new(frame, flags));
93440fe15e0SLoGin 
93540fe15e0SLoGin                     // 获取新分配的页表
93640fe15e0SLoGin                     table = table.next_level_table(i)?;
93740fe15e0SLoGin                 }
93840fe15e0SLoGin             }
93940fe15e0SLoGin         }
94040fe15e0SLoGin     }
94140fe15e0SLoGin 
942a17651b1SMemoryShore     /// 进行大页映射
943a17651b1SMemoryShore     pub unsafe fn map_huge_page(
944a17651b1SMemoryShore         &mut self,
945a17651b1SMemoryShore         virt: VirtAddr,
946a17651b1SMemoryShore         flags: PageFlags<Arch>,
947a17651b1SMemoryShore     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
948a17651b1SMemoryShore         // 验证虚拟地址是否对齐
949a17651b1SMemoryShore         if !(virt.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE)) {
9502eab6dd7S曾俊             error!("Try to map unaligned page: virt={:?}", virt);
951a17651b1SMemoryShore             return None;
952a17651b1SMemoryShore         }
953a17651b1SMemoryShore 
954a17651b1SMemoryShore         let virt = VirtAddr::new(virt.data() & (!Arch::PAGE_NEGATIVE_MASK));
955a17651b1SMemoryShore 
956a17651b1SMemoryShore         let mut table = self.table();
957a17651b1SMemoryShore         loop {
958a17651b1SMemoryShore             let i = table.index_of(virt)?;
959a17651b1SMemoryShore             assert!(i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM);
960a17651b1SMemoryShore             let next_table = table.next_level_table(i);
961a17651b1SMemoryShore             if let Some(next_table) = next_table {
962a17651b1SMemoryShore                 table = next_table;
963a17651b1SMemoryShore             } else {
964a17651b1SMemoryShore                 break;
965a17651b1SMemoryShore             }
966a17651b1SMemoryShore         }
967a17651b1SMemoryShore 
968a17651b1SMemoryShore         // 支持2M、1G大页,即页表层级为1、2级的页表可以映射大页
969a17651b1SMemoryShore         if table.level == 0 || table.level > 2 {
970a17651b1SMemoryShore             return None;
971a17651b1SMemoryShore         }
972a17651b1SMemoryShore 
973a17651b1SMemoryShore         let (phys, count) = self.frame_allocator.allocate(PageFrameCount::new(
974a17651b1SMemoryShore             Arch::PAGE_ENTRY_NUM.pow(table.level as u32),
975a17651b1SMemoryShore         ))?;
976a17651b1SMemoryShore 
977a17651b1SMemoryShore         MMArch::write_bytes(
978a17651b1SMemoryShore             MMArch::phys_2_virt(phys).unwrap(),
979a17651b1SMemoryShore             0,
980a17651b1SMemoryShore             MMArch::PAGE_SIZE * count.data(),
981a17651b1SMemoryShore         );
982a17651b1SMemoryShore 
983a17651b1SMemoryShore         table.set_entry(
984a17651b1SMemoryShore             table.index_of(virt)?,
985a17651b1SMemoryShore             PageEntry::new(phys, flags.set_huge_page(true)),
986a17651b1SMemoryShore         )?;
987a17651b1SMemoryShore         Some(PageFlush::new(virt))
988a17651b1SMemoryShore     }
989a17651b1SMemoryShore 
990a17651b1SMemoryShore     /// 为虚拟地址分配指定层级的页表
991a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
992a17651b1SMemoryShore     ///
993a17651b1SMemoryShore     /// - `virt`: 虚拟地址
994a17651b1SMemoryShore     /// - `level`: 指定页表层级
995a17651b1SMemoryShore     ///
996a17651b1SMemoryShore     /// ## 返回值
997a17651b1SMemoryShore     /// - Some(PageTable<Arch>): 虚拟地址对应层级的页表
998a17651b1SMemoryShore     /// - None: 对应页表不存在
999a17651b1SMemoryShore     pub unsafe fn allocate_table(
1000a17651b1SMemoryShore         &mut self,
1001a17651b1SMemoryShore         virt: VirtAddr,
1002a17651b1SMemoryShore         level: usize,
1003a17651b1SMemoryShore     ) -> Option<PageTable<Arch>> {
1004a17651b1SMemoryShore         let table = self.get_table(virt, level + 1)?;
1005a17651b1SMemoryShore         let i = table.index_of(virt)?;
1006a17651b1SMemoryShore         let frame = self.frame_allocator.allocate_one()?;
1007a17651b1SMemoryShore 
1008a17651b1SMemoryShore         // 清空这个页帧
1009a17651b1SMemoryShore         MMArch::write_bytes(MMArch::phys_2_virt(frame).unwrap(), 0, MMArch::PAGE_SIZE);
1010a17651b1SMemoryShore 
1011a17651b1SMemoryShore         // 设置页表项的flags
1012a17651b1SMemoryShore         let flags: PageFlags<Arch> = PageFlags::new_page_table(virt.kind() == PageTableKind::User);
1013a17651b1SMemoryShore 
1014a17651b1SMemoryShore         table.set_entry(i, PageEntry::new(frame, flags));
1015a17651b1SMemoryShore         table.next_level_table(i)
1016a17651b1SMemoryShore     }
1017a17651b1SMemoryShore 
1018a17651b1SMemoryShore     /// 获取虚拟地址的指定层级页表
1019a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
1020a17651b1SMemoryShore     ///
1021a17651b1SMemoryShore     /// - `virt`: 虚拟地址
1022a17651b1SMemoryShore     /// - `level`: 指定页表层级
1023a17651b1SMemoryShore     ///
1024a17651b1SMemoryShore     /// ## 返回值
1025a17651b1SMemoryShore     /// - Some(PageTable<Arch>): 虚拟地址对应层级的页表
1026a17651b1SMemoryShore     /// - None: 对应页表不存在
1027a17651b1SMemoryShore     pub fn get_table(&self, virt: VirtAddr, level: usize) -> Option<PageTable<Arch>> {
1028a17651b1SMemoryShore         let mut table = self.table();
1029a17651b1SMemoryShore         if level > Arch::PAGE_LEVELS - 1 {
1030a17651b1SMemoryShore             return None;
1031a17651b1SMemoryShore         }
1032a17651b1SMemoryShore 
1033a17651b1SMemoryShore         unsafe {
1034a17651b1SMemoryShore             loop {
1035a17651b1SMemoryShore                 if table.level == level {
1036a17651b1SMemoryShore                     return Some(table);
1037a17651b1SMemoryShore                 }
1038a17651b1SMemoryShore                 let i = table.index_of(virt)?;
1039a17651b1SMemoryShore                 assert!(i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM);
1040a17651b1SMemoryShore 
1041a17651b1SMemoryShore                 table = table.next_level_table(i)?;
1042a17651b1SMemoryShore             }
1043a17651b1SMemoryShore         }
1044a17651b1SMemoryShore     }
1045a17651b1SMemoryShore 
1046a17651b1SMemoryShore     /// 获取虚拟地址在指定层级页表的PageEntry
1047a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
1048a17651b1SMemoryShore     ///
1049a17651b1SMemoryShore     /// - `virt`: 虚拟地址
1050a17651b1SMemoryShore     /// - `level`: 指定页表层级
1051a17651b1SMemoryShore     ///
1052a17651b1SMemoryShore     /// ## 返回值
1053a17651b1SMemoryShore     /// - Some(PageEntry<Arch>): 虚拟地址在指定层级的页表的有效PageEntry
1054a17651b1SMemoryShore     /// - None: 无对应的有效PageEntry
1055a17651b1SMemoryShore     pub fn get_entry(&self, virt: VirtAddr, level: usize) -> Option<PageEntry<Arch>> {
1056a17651b1SMemoryShore         let table = self.get_table(virt, level)?;
1057a17651b1SMemoryShore         let i = table.index_of(virt)?;
1058a17651b1SMemoryShore         let entry = unsafe { table.entry(i) }?;
1059a17651b1SMemoryShore 
1060a17651b1SMemoryShore         if !entry.empty() {
1061a17651b1SMemoryShore             Some(entry)
1062a17651b1SMemoryShore         } else {
1063a17651b1SMemoryShore             None
1064a17651b1SMemoryShore         }
1065a17651b1SMemoryShore 
1066a17651b1SMemoryShore         // let mut table = self.table();
1067a17651b1SMemoryShore         // if level > Arch::PAGE_LEVELS - 1 {
1068a17651b1SMemoryShore         //     return None;
1069a17651b1SMemoryShore         // }
1070a17651b1SMemoryShore         // unsafe {
1071a17651b1SMemoryShore         //     loop {
1072a17651b1SMemoryShore         //         let i = table.index_of(virt)?;
1073a17651b1SMemoryShore         //         assert!(i < Arch::PAGE_ENTRY_NUM);
1074a17651b1SMemoryShore 
1075a17651b1SMemoryShore         //         if table.level == level {
1076a17651b1SMemoryShore         //             let entry = table.entry(i)?;
1077a17651b1SMemoryShore         //             if !entry.empty() {
1078a17651b1SMemoryShore         //                 return Some(entry);
1079a17651b1SMemoryShore         //             } else {
1080a17651b1SMemoryShore         //                 return None;
1081a17651b1SMemoryShore         //             }
1082a17651b1SMemoryShore         //         }
1083a17651b1SMemoryShore 
1084a17651b1SMemoryShore         //         table = table.next_level_table(i)?;
1085a17651b1SMemoryShore         //     }
1086a17651b1SMemoryShore         // }
1087a17651b1SMemoryShore     }
1088a17651b1SMemoryShore 
1089a17651b1SMemoryShore     /// 拷贝用户空间映射
1090a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
1091a17651b1SMemoryShore     ///
1092a17651b1SMemoryShore     /// - `umapper`: 要拷贝的用户空间
1093a17651b1SMemoryShore     /// - `copy_on_write`: 是否写时复制
1094a17651b1SMemoryShore     pub unsafe fn clone_user_mapping(&mut self, umapper: &mut Self, copy_on_write: bool) {
1095a17651b1SMemoryShore         let old_table = umapper.table();
1096a17651b1SMemoryShore         let new_table = self.table();
1097a17651b1SMemoryShore         let allocator = self.allocator_mut();
1098a17651b1SMemoryShore         // 顶级页表的[0, PAGE_KERNEL_INDEX)项为用户空间映射
1099a17651b1SMemoryShore         for entry_index in 0..Arch::PAGE_KERNEL_INDEX {
1100a17651b1SMemoryShore             if let Some(next_table) = old_table.next_level_table(entry_index) {
1101a17651b1SMemoryShore                 let table = next_table.clone(allocator, copy_on_write).unwrap();
1102a17651b1SMemoryShore                 let old_entry = old_table.entry(entry_index).unwrap();
1103a17651b1SMemoryShore                 let entry = PageEntry::new(table.phys(), old_entry.flags());
1104a17651b1SMemoryShore                 new_table.set_entry(entry_index, entry);
1105a17651b1SMemoryShore             }
1106a17651b1SMemoryShore         }
1107a17651b1SMemoryShore     }
1108a17651b1SMemoryShore 
110940fe15e0SLoGin     /// 将物理地址映射到具有线性偏移量的虚拟地址
111040fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
111140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn map_linearly(
111240fe15e0SLoGin         &mut self,
111340fe15e0SLoGin         phys: PhysAddr,
111440fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
111540fe15e0SLoGin     ) -> Option<(VirtAddr, PageFlush<Arch>)> {
111640fe15e0SLoGin         let virt: VirtAddr = Arch::phys_2_virt(phys)?;
111740fe15e0SLoGin         return self.map_phys(virt, phys, flags).map(|flush| (virt, flush));
111840fe15e0SLoGin     }
111940fe15e0SLoGin 
112040fe15e0SLoGin     /// 修改虚拟地址的页表项的flags,并返回页表项刷新器
112140fe15e0SLoGin     ///
112240fe15e0SLoGin     /// 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
112340fe15e0SLoGin     ///
112440fe15e0SLoGin     /// ## 参数
112540fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
112640fe15e0SLoGin     /// - flags 新的页表项的flags
112740fe15e0SLoGin     ///
112840fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
112940fe15e0SLoGin     ///
113040fe15e0SLoGin     /// 如果修改成功,返回刷新器,否则返回None
113140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn remap(
113240fe15e0SLoGin         &mut self,
113340fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
113440fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<Arch>,
113540fe15e0SLoGin     ) -> Option<PageFlush<Arch>> {
113640fe15e0SLoGin         return self
113740fe15e0SLoGin             .visit(virt, |p1, i| {
113840fe15e0SLoGin                 let mut entry = p1.entry(i)?;
1139731bc2b3SLoGin 
114040fe15e0SLoGin                 entry.set_flags(flags);
114140fe15e0SLoGin                 p1.set_entry(i, entry);
114240fe15e0SLoGin                 Some(PageFlush::new(virt))
114340fe15e0SLoGin             })
114440fe15e0SLoGin             .flatten();
114540fe15e0SLoGin     }
114640fe15e0SLoGin 
114740fe15e0SLoGin     /// 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
114840fe15e0SLoGin     ///
114940fe15e0SLoGin     /// ## 参数
115040fe15e0SLoGin     ///
115140fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
115240fe15e0SLoGin     ///
115340fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
115440fe15e0SLoGin     ///
115540fe15e0SLoGin     /// 如果查找成功,返回物理地址和页表项的flags,否则返回None
115640fe15e0SLoGin     pub fn translate(&self, virt: VirtAddr) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>)> {
115740fe15e0SLoGin         let entry: PageEntry<Arch> = self.visit(virt, |p1, i| unsafe { p1.entry(i) })??;
115840fe15e0SLoGin         let paddr = entry.address().ok()?;
115940fe15e0SLoGin         let flags = entry.flags();
116040fe15e0SLoGin         return Some((paddr, flags));
116140fe15e0SLoGin     }
116240fe15e0SLoGin 
116340fe15e0SLoGin     /// 取消虚拟地址的映射,释放页面,并返回页表项刷新器
116440fe15e0SLoGin     ///
116540fe15e0SLoGin     /// 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
116640fe15e0SLoGin     ///
116740fe15e0SLoGin     /// ## 参数
116840fe15e0SLoGin     ///
116940fe15e0SLoGin     /// - virt 虚拟地址
117040fe15e0SLoGin     /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
117140fe15e0SLoGin     ///
117240fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
117340fe15e0SLoGin     /// 如果取消成功,返回刷新器,否则返回None
11742dd9f0c7SLoGin     #[allow(dead_code)]
117540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap(&mut self, virt: VirtAddr, unmap_parents: bool) -> Option<PageFlush<Arch>> {
117640fe15e0SLoGin         let (paddr, _, flusher) = self.unmap_phys(virt, unmap_parents)?;
117740fe15e0SLoGin         self.frame_allocator.free_one(paddr);
117840fe15e0SLoGin         return Some(flusher);
117940fe15e0SLoGin     }
118040fe15e0SLoGin 
118140fe15e0SLoGin     /// 取消虚拟地址的映射,并返回物理地址和页表项的flags
118240fe15e0SLoGin     ///
118340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
118440fe15e0SLoGin     ///
118540fe15e0SLoGin     /// - vaddr 虚拟地址
118640fe15e0SLoGin     /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
118740fe15e0SLoGin     ///
118840fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
118940fe15e0SLoGin     ///
119040fe15e0SLoGin     /// 如果取消成功,返回物理地址和页表项的flags,否则返回None
119140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap_phys(
119240fe15e0SLoGin         &mut self,
119340fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
119440fe15e0SLoGin         unmap_parents: bool,
119540fe15e0SLoGin     ) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>, PageFlush<Arch>)> {
119640fe15e0SLoGin         if !virt.check_aligned(Arch::PAGE_SIZE) {
11972eab6dd7S曾俊             error!("Try to unmap unaligned page: virt={:?}", virt);
119840fe15e0SLoGin             return None;
119940fe15e0SLoGin         }
120040fe15e0SLoGin 
1201b5b571e0SLoGin         let table = self.table();
1202b5b571e0SLoGin         return unmap_phys_inner(virt, &table, unmap_parents, self.allocator_mut())
120340fe15e0SLoGin             .map(|(paddr, flags)| (paddr, flags, PageFlush::<Arch>::new(virt)));
120440fe15e0SLoGin     }
120540fe15e0SLoGin 
120640fe15e0SLoGin     /// 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
120740fe15e0SLoGin     fn visit<T>(
120840fe15e0SLoGin         &self,
120940fe15e0SLoGin         virt: VirtAddr,
121040fe15e0SLoGin         f: impl FnOnce(&mut PageTable<Arch>, usize) -> T,
121140fe15e0SLoGin     ) -> Option<T> {
121240fe15e0SLoGin         let mut table = self.table();
121340fe15e0SLoGin         unsafe {
121440fe15e0SLoGin             loop {
121540fe15e0SLoGin                 let i = table.index_of(virt)?;
121640fe15e0SLoGin                 if table.level() == 0 {
121740fe15e0SLoGin                     return Some(f(&mut table, i));
121840fe15e0SLoGin                 } else {
121940fe15e0SLoGin                     table = table.next_level_table(i)?;
122040fe15e0SLoGin                 }
122140fe15e0SLoGin             }
122240fe15e0SLoGin         }
122340fe15e0SLoGin     }
122440fe15e0SLoGin }
122540fe15e0SLoGin 
122640fe15e0SLoGin /// 取消页面映射,返回被取消映射的页表项的:【物理地址】和【flags】
122740fe15e0SLoGin ///
122840fe15e0SLoGin /// ## 参数
122940fe15e0SLoGin ///
123040fe15e0SLoGin /// - vaddr 虚拟地址
123140fe15e0SLoGin /// - table 页表
123240fe15e0SLoGin /// - unmap_parents 是否在父页表内,取消空闲子页表的映射
123340fe15e0SLoGin /// - 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)
123440fe15e0SLoGin ///
123540fe15e0SLoGin /// ## 返回值
123640fe15e0SLoGin ///
123740fe15e0SLoGin /// 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
123840fe15e0SLoGin unsafe fn unmap_phys_inner<Arch: MemoryManagementArch>(
123940fe15e0SLoGin     vaddr: VirtAddr,
1240840045afSLoGin     table: &PageTable<Arch>,
124140fe15e0SLoGin     unmap_parents: bool,
124240fe15e0SLoGin     allocator: &mut impl FrameAllocator,
124340fe15e0SLoGin ) -> Option<(PhysAddr, PageFlags<Arch>)> {
124440fe15e0SLoGin     // 获取页表项的索引
124540fe15e0SLoGin     let i = table.index_of(vaddr)?;
124640fe15e0SLoGin 
124740fe15e0SLoGin     // 如果当前是最后一级页表,直接取消页面映射
124840fe15e0SLoGin     if table.level() == 0 {
124940fe15e0SLoGin         let entry = table.entry(i)?;
12507a29d4fcSLoGin         table.set_entry(i, PageEntry::from_usize(0));
125140fe15e0SLoGin         return Some((entry.address().ok()?, entry.flags()));
125240fe15e0SLoGin     }
125340fe15e0SLoGin 
1254b5b571e0SLoGin     let subtable = table.next_level_table(i)?;
125540fe15e0SLoGin     // 递归地取消映射
1256b5b571e0SLoGin     let result = unmap_phys_inner(vaddr, &subtable, unmap_parents, allocator)?;
125740fe15e0SLoGin 
125840fe15e0SLoGin     // TODO: This is a bad idea for architectures where the kernel mappings are done in the process tables,
125940fe15e0SLoGin     // as these mappings may become out of sync
126040fe15e0SLoGin     if unmap_parents {
126140fe15e0SLoGin         // 如果子页表已经没有映射的页面了,就取消子页表的映射
126240fe15e0SLoGin 
126340fe15e0SLoGin         // 检查子页表中是否还有映射的页面
126440fe15e0SLoGin         let x = (0..Arch::PAGE_ENTRY_NUM)
126540fe15e0SLoGin             .map(|k| subtable.entry(k).expect("invalid page entry"))
126640fe15e0SLoGin             .any(|e| e.present());
126740fe15e0SLoGin         if !x {
126840fe15e0SLoGin             // 如果没有,就取消子页表的映射
12697a29d4fcSLoGin             table.set_entry(i, PageEntry::from_usize(0));
127040fe15e0SLoGin             // 释放子页表
127140fe15e0SLoGin             allocator.free_one(subtable.phys());
127240fe15e0SLoGin         }
127340fe15e0SLoGin     }
127440fe15e0SLoGin 
127540fe15e0SLoGin     return Some(result);
127640fe15e0SLoGin }
127740fe15e0SLoGin 
127840fe15e0SLoGin impl<Arch, F: Debug> Debug for PageMapper<Arch, F> {
127940fe15e0SLoGin     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
128040fe15e0SLoGin         f.debug_struct("PageMapper")
128140fe15e0SLoGin             .field("table_paddr", &self.table_paddr)
128240fe15e0SLoGin             .field("frame_allocator", &self.frame_allocator)
128340fe15e0SLoGin             .finish()
128440fe15e0SLoGin     }
128540fe15e0SLoGin }
128640fe15e0SLoGin 
128740fe15e0SLoGin /// 页表刷新器的trait
12887ae679ddSLoGin pub trait Flusher<Arch: MemoryManagementArch> {
128940fe15e0SLoGin     /// 取消对指定的page flusher的刷新
129040fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>);
129140fe15e0SLoGin }
129240fe15e0SLoGin 
129340fe15e0SLoGin /// 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,
129440fe15e0SLoGin /// 否则会造成对页表的更改被忽略,这是不安全的
129540fe15e0SLoGin #[must_use = "The flusher must call the 'flush()', or the changes to page table will be unsafely ignored."]
12967ae679ddSLoGin pub struct PageFlush<Arch: MemoryManagementArch> {
129740fe15e0SLoGin     virt: VirtAddr,
129840fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<Arch>,
129940fe15e0SLoGin }
130040fe15e0SLoGin 
130140fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlush<Arch> {
130240fe15e0SLoGin     pub fn new(virt: VirtAddr) -> Self {
130340fe15e0SLoGin         return Self {
130440fe15e0SLoGin             virt,
130540fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
130640fe15e0SLoGin         };
130740fe15e0SLoGin     }
130840fe15e0SLoGin 
130940fe15e0SLoGin     pub fn flush(self) {
131040fe15e0SLoGin         unsafe { Arch::invalidate_page(self.virt) };
131140fe15e0SLoGin     }
131240fe15e0SLoGin 
131340fe15e0SLoGin     /// 忽略掉这个刷新器
131440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn ignore(self) {
131540fe15e0SLoGin         mem::forget(self);
131640fe15e0SLoGin     }
131740fe15e0SLoGin }
131840fe15e0SLoGin 
13197ae679ddSLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Drop for PageFlush<Arch> {
13207ae679ddSLoGin     fn drop(&mut self) {
13217ae679ddSLoGin         unsafe {
13227ae679ddSLoGin             MMArch::invalidate_page(self.virt);
13237ae679ddSLoGin         }
13247ae679ddSLoGin     }
13257ae679ddSLoGin }
13267ae679ddSLoGin 
132740fe15e0SLoGin /// 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,
132840fe15e0SLoGin /// 否则会造成对页表的更改被忽略,这是不安全的
132940fe15e0SLoGin #[must_use = "The flusher must call the 'flush()', or the changes to page table will be unsafely ignored."]
133040fe15e0SLoGin pub struct PageFlushAll<Arch: MemoryManagementArch> {
133140fe15e0SLoGin     phantom: PhantomData<fn() -> Arch>,
133240fe15e0SLoGin }
133340fe15e0SLoGin 
133440fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
133540fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> PageFlushAll<Arch> {
133640fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
133740fe15e0SLoGin         return Self {
133840fe15e0SLoGin             phantom: PhantomData,
133940fe15e0SLoGin         };
134040fe15e0SLoGin     }
134140fe15e0SLoGin 
134240fe15e0SLoGin     pub fn flush(self) {
134340fe15e0SLoGin         unsafe { Arch::invalidate_all() };
134440fe15e0SLoGin     }
134540fe15e0SLoGin 
134640fe15e0SLoGin     /// 忽略掉这个刷新器
134740fe15e0SLoGin     pub unsafe fn ignore(self) {
134840fe15e0SLoGin         mem::forget(self);
134940fe15e0SLoGin     }
135040fe15e0SLoGin }
135140fe15e0SLoGin 
135240fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Flusher<Arch> for PageFlushAll<Arch> {
135340fe15e0SLoGin     /// 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)
135440fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>) {
135540fe15e0SLoGin         unsafe { flush.ignore() };
135640fe15e0SLoGin     }
135740fe15e0SLoGin }
135840fe15e0SLoGin 
135940fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch, T: Flusher<Arch> + ?Sized> Flusher<Arch> for &mut T {
136040fe15e0SLoGin     /// 允许一个flusher consume掉另一个flusher
136140fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<Arch>) {
136240fe15e0SLoGin         <T as Flusher<Arch>>::consume(self, flush);
136340fe15e0SLoGin     }
136440fe15e0SLoGin }
136540fe15e0SLoGin 
136640fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Flusher<Arch> for () {
136740fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, _flush: PageFlush<Arch>) {}
136840fe15e0SLoGin }
136940fe15e0SLoGin 
137040fe15e0SLoGin impl<Arch: MemoryManagementArch> Drop for PageFlushAll<Arch> {
137140fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
137240fe15e0SLoGin         unsafe {
137340fe15e0SLoGin             Arch::invalidate_all();
137440fe15e0SLoGin         }
137540fe15e0SLoGin     }
137640fe15e0SLoGin }
137740fe15e0SLoGin 
137840fe15e0SLoGin /// 未在当前CPU上激活的页表的刷新器
137940fe15e0SLoGin ///
138040fe15e0SLoGin /// 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
138140fe15e0SLoGin ///
138240fe15e0SLoGin /// 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)
138340fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
138440fe15e0SLoGin pub struct InactiveFlusher;
138540fe15e0SLoGin 
138640fe15e0SLoGin impl InactiveFlusher {
138740fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
138840fe15e0SLoGin         return Self {};
138940fe15e0SLoGin     }
139040fe15e0SLoGin }
139140fe15e0SLoGin 
139240fe15e0SLoGin impl Flusher<MMArch> for InactiveFlusher {
139340fe15e0SLoGin     fn consume(&mut self, flush: PageFlush<MMArch>) {
139440fe15e0SLoGin         unsafe {
139540fe15e0SLoGin             flush.ignore();
139640fe15e0SLoGin         }
139740fe15e0SLoGin     }
139840fe15e0SLoGin }
139940fe15e0SLoGin 
140040fe15e0SLoGin impl Drop for InactiveFlusher {
140140fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
140240fe15e0SLoGin         // 发送刷新页表的IPI
140340fe15e0SLoGin         send_ipi(IpiKind::FlushTLB, IpiTarget::Other);
140440fe15e0SLoGin     }
140540fe15e0SLoGin }
140640fe15e0SLoGin 
140740fe15e0SLoGin /// # 把一个地址向下对齐到页大小
140840fe15e0SLoGin pub fn round_down_to_page_size(addr: usize) -> usize {
140940fe15e0SLoGin     addr & !(MMArch::PAGE_SIZE - 1)
141040fe15e0SLoGin }
141140fe15e0SLoGin 
141240fe15e0SLoGin /// # 把一个地址向上对齐到页大小
141340fe15e0SLoGin pub fn round_up_to_page_size(addr: usize) -> usize {
141440fe15e0SLoGin     round_down_to_page_size(addr + MMArch::PAGE_SIZE - 1)
141540fe15e0SLoGin }
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