xref: /DragonOS/kernel/src/mm/ucontext.rs (revision 4cfa009b87c8431a41fab740ffdbd7b008965c9a)
140fe15e0SLoGin // 进程的用户空间内存管理
240fe15e0SLoGin 
340fe15e0SLoGin use core::{
440fe15e0SLoGin     cmp,
540fe15e0SLoGin     hash::Hasher,
640fe15e0SLoGin     intrinsics::unlikely,
740fe15e0SLoGin     ops::Add,
840fe15e0SLoGin     sync::atomic::{compiler_fence, Ordering},
940fe15e0SLoGin };
1040fe15e0SLoGin 
1140fe15e0SLoGin use alloc::{
1240fe15e0SLoGin     collections::BTreeMap,
1340fe15e0SLoGin     sync::{Arc, Weak},
1440fe15e0SLoGin     vec::Vec,
1540fe15e0SLoGin };
1640fe15e0SLoGin use hashbrown::HashSet;
1791e9d4abSLoGin use system_error::SystemError;
1840fe15e0SLoGin 
1940fe15e0SLoGin use crate::{
201496ba7bSLoGin     arch::{mm::PageMapper, CurrentIrqArch, MMArch},
2140fe15e0SLoGin     exception::InterruptArch,
2240fe15e0SLoGin     libs::{
2340fe15e0SLoGin         align::page_align_up,
2440fe15e0SLoGin         rwlock::{RwLock, RwLockWriteGuard},
2540fe15e0SLoGin         spinlock::{SpinLock, SpinLockGuard},
2640fe15e0SLoGin     },
271496ba7bSLoGin     process::ProcessManager,
28*4cfa009bSJomo     syscall::user_access::{UserBufferReader, UserBufferWriter},
2940fe15e0SLoGin };
3040fe15e0SLoGin 
3140fe15e0SLoGin use super::{
3240fe15e0SLoGin     allocator::page_frame::{
3340fe15e0SLoGin         deallocate_page_frames, PageFrameCount, PhysPageFrame, VirtPageFrame, VirtPageFrameIter,
3440fe15e0SLoGin     },
3540fe15e0SLoGin     page::{Flusher, InactiveFlusher, PageFlags, PageFlushAll},
36*4cfa009bSJomo     syscall::{MapFlags, MremapFlags, ProtFlags},
37*4cfa009bSJomo     MemoryManagementArch, PageTableKind, VirtAddr, VirtRegion, VmFlags,
3840fe15e0SLoGin };
3940fe15e0SLoGin 
4040fe15e0SLoGin /// MMAP_MIN_ADDR的默认值
4140fe15e0SLoGin /// 以下内容来自linux-5.19:
4240fe15e0SLoGin ///  This is the portion of low virtual memory which should be protected
4340fe15e0SLoGin //   from userspace allocation.  Keeping a user from writing to low pages
4440fe15e0SLoGin //   can help reduce the impact of kernel NULL pointer bugs.
4540fe15e0SLoGin //   For most ia64, ppc64 and x86 users with lots of address space
4640fe15e0SLoGin //   a value of 65536 is reasonable and should cause no problems.
4740fe15e0SLoGin //   On arm and other archs it should not be higher than 32768.
4840fe15e0SLoGin //   Programs which use vm86 functionality or have some need to map
4940fe15e0SLoGin //   this low address space will need CAP_SYS_RAWIO or disable this
5040fe15e0SLoGin //   protection by setting the value to 0.
5140fe15e0SLoGin pub const DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR: usize = 65536;
5240fe15e0SLoGin 
5340fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
5440fe15e0SLoGin pub struct AddressSpace {
5540fe15e0SLoGin     inner: RwLock<InnerAddressSpace>,
5640fe15e0SLoGin }
5740fe15e0SLoGin 
5840fe15e0SLoGin impl AddressSpace {
5940fe15e0SLoGin     pub fn new(create_stack: bool) -> Result<Arc<Self>, SystemError> {
6040fe15e0SLoGin         let inner = InnerAddressSpace::new(create_stack)?;
6140fe15e0SLoGin         let result = Self {
6240fe15e0SLoGin             inner: RwLock::new(inner),
6340fe15e0SLoGin         };
6440fe15e0SLoGin         return Ok(Arc::new(result));
6540fe15e0SLoGin     }
6640fe15e0SLoGin 
6740fe15e0SLoGin     /// 从pcb中获取当前进程的地址空间结构体的Arc指针
6840fe15e0SLoGin     pub fn current() -> Result<Arc<AddressSpace>, SystemError> {
691496ba7bSLoGin         let vm = ProcessManager::current_pcb()
701496ba7bSLoGin             .basic()
711496ba7bSLoGin             .user_vm()
7240fe15e0SLoGin             .expect("Current process has no address space");
731496ba7bSLoGin 
741496ba7bSLoGin         return Ok(vm);
7540fe15e0SLoGin     }
7640fe15e0SLoGin 
7740fe15e0SLoGin     /// 判断某个地址空间是否为当前进程的地址空间
7840fe15e0SLoGin     pub fn is_current(self: &Arc<Self>) -> bool {
7940fe15e0SLoGin         let current = Self::current();
8040fe15e0SLoGin         if let Ok(current) = current {
8140fe15e0SLoGin             return Arc::ptr_eq(&current, self);
8240fe15e0SLoGin         }
8340fe15e0SLoGin         return false;
8440fe15e0SLoGin     }
8540fe15e0SLoGin }
8640fe15e0SLoGin 
8740fe15e0SLoGin impl core::ops::Deref for AddressSpace {
8840fe15e0SLoGin     type Target = RwLock<InnerAddressSpace>;
8940fe15e0SLoGin 
9040fe15e0SLoGin     fn deref(&self) -> &Self::Target {
9140fe15e0SLoGin         &self.inner
9240fe15e0SLoGin     }
9340fe15e0SLoGin }
9440fe15e0SLoGin 
9540fe15e0SLoGin impl core::ops::DerefMut for AddressSpace {
9640fe15e0SLoGin     fn deref_mut(&mut self) -> &mut Self::Target {
9740fe15e0SLoGin         &mut self.inner
9840fe15e0SLoGin     }
9940fe15e0SLoGin }
10040fe15e0SLoGin 
10140fe15e0SLoGin /// @brief 用户地址空间结构体(每个进程都有一个)
10240fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
10340fe15e0SLoGin pub struct InnerAddressSpace {
10440fe15e0SLoGin     pub user_mapper: UserMapper,
10540fe15e0SLoGin     pub mappings: UserMappings,
10640fe15e0SLoGin     pub mmap_min: VirtAddr,
10740fe15e0SLoGin     /// 用户栈信息结构体
10840fe15e0SLoGin     pub user_stack: Option<UserStack>,
10940fe15e0SLoGin 
11040fe15e0SLoGin     pub elf_brk_start: VirtAddr,
11140fe15e0SLoGin     pub elf_brk: VirtAddr,
11240fe15e0SLoGin 
11340fe15e0SLoGin     /// 当前进程的堆空间的起始地址
11440fe15e0SLoGin     pub brk_start: VirtAddr,
11540fe15e0SLoGin     /// 当前进程的堆空间的结束地址(不包含)
11640fe15e0SLoGin     pub brk: VirtAddr,
11740fe15e0SLoGin 
11840fe15e0SLoGin     pub start_code: VirtAddr,
11940fe15e0SLoGin     pub end_code: VirtAddr,
12040fe15e0SLoGin     pub start_data: VirtAddr,
12140fe15e0SLoGin     pub end_data: VirtAddr,
12240fe15e0SLoGin }
12340fe15e0SLoGin 
12440fe15e0SLoGin impl InnerAddressSpace {
12540fe15e0SLoGin     pub fn new(create_stack: bool) -> Result<Self, SystemError> {
12640fe15e0SLoGin         let mut result = Self {
12740fe15e0SLoGin             user_mapper: MMArch::setup_new_usermapper()?,
12840fe15e0SLoGin             mappings: UserMappings::new(),
12940fe15e0SLoGin             mmap_min: VirtAddr(DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR),
13040fe15e0SLoGin             elf_brk_start: VirtAddr::new(0),
13140fe15e0SLoGin             elf_brk: VirtAddr::new(0),
13240fe15e0SLoGin             brk_start: MMArch::USER_BRK_START,
13340fe15e0SLoGin             brk: MMArch::USER_BRK_START,
13440fe15e0SLoGin             user_stack: None,
13540fe15e0SLoGin             start_code: VirtAddr(0),
13640fe15e0SLoGin             end_code: VirtAddr(0),
13740fe15e0SLoGin             start_data: VirtAddr(0),
13840fe15e0SLoGin             end_data: VirtAddr(0),
13940fe15e0SLoGin         };
14040fe15e0SLoGin         if create_stack {
14140fe15e0SLoGin             // kdebug!("to create user stack.");
14240fe15e0SLoGin             result.new_user_stack(UserStack::DEFAULT_USER_STACK_SIZE)?;
14340fe15e0SLoGin         }
14440fe15e0SLoGin 
14540fe15e0SLoGin         return Ok(result);
14640fe15e0SLoGin     }
14740fe15e0SLoGin 
14840fe15e0SLoGin     /// 尝试克隆当前进程的地址空间,包括这些映射都会被克隆
14940fe15e0SLoGin     ///
15040fe15e0SLoGin     /// # Returns
15140fe15e0SLoGin     ///
15240fe15e0SLoGin     /// 返回克隆后的,新的地址空间的Arc指针
1534fda81ceSLoGin     #[inline(never)]
15440fe15e0SLoGin     pub fn try_clone(&mut self) -> Result<Arc<AddressSpace>, SystemError> {
15540fe15e0SLoGin         let irq_guard = unsafe { CurrentIrqArch::save_and_disable_irq() };
15640fe15e0SLoGin         let new_addr_space = AddressSpace::new(false)?;
15740fe15e0SLoGin         let mut new_guard = new_addr_space.write();
15840fe15e0SLoGin 
15940fe15e0SLoGin         // 拷贝用户栈的结构体信息,但是不拷贝用户栈的内容(因为后面VMA的拷贝会拷贝用户栈的内容)
16040fe15e0SLoGin         unsafe {
16140fe15e0SLoGin             new_guard.user_stack = Some(self.user_stack.as_ref().unwrap().clone_info_only());
16240fe15e0SLoGin         }
16340fe15e0SLoGin         let _current_stack_size = self.user_stack.as_ref().unwrap().stack_size();
16440fe15e0SLoGin 
16540fe15e0SLoGin         let current_mapper = &mut self.user_mapper.utable;
16640fe15e0SLoGin 
167ea8ad4d4SLoGin         // 拷贝空洞
168ea8ad4d4SLoGin         new_guard.mappings.vm_holes = self.mappings.vm_holes.clone();
169ea8ad4d4SLoGin 
17040fe15e0SLoGin         for vma in self.mappings.vmas.iter() {
17140fe15e0SLoGin             // TODO: 增加对VMA是否为文件映射的判断,如果是的话,就跳过
17240fe15e0SLoGin 
17340fe15e0SLoGin             let vma_guard: SpinLockGuard<'_, VMA> = vma.lock();
17440fe15e0SLoGin             let old_flags = vma_guard.flags();
17540fe15e0SLoGin             let tmp_flags: PageFlags<MMArch> = PageFlags::new().set_write(true);
17640fe15e0SLoGin 
17740fe15e0SLoGin             // 分配内存页并创建新的VMA
17840fe15e0SLoGin             let new_vma = VMA::zeroed(
17940fe15e0SLoGin                 VirtPageFrame::new(vma_guard.region.start()),
18040fe15e0SLoGin                 PageFrameCount::new(vma_guard.region.size() / MMArch::PAGE_SIZE),
181*4cfa009bSJomo                 vma_guard.vm_flags().clone(),
18240fe15e0SLoGin                 tmp_flags,
18340fe15e0SLoGin                 &mut new_guard.user_mapper.utable,
18440fe15e0SLoGin                 (),
18540fe15e0SLoGin             )?;
18640fe15e0SLoGin             new_guard.mappings.vmas.insert(new_vma.clone());
18740fe15e0SLoGin             // kdebug!("new vma: {:x?}", new_vma);
18840fe15e0SLoGin             let mut new_vma_guard = new_vma.lock();
18940fe15e0SLoGin             for page in new_vma_guard.pages().map(|p| p.virt_address()) {
19040fe15e0SLoGin                 // kdebug!("page: {:x?}", page);
19140fe15e0SLoGin                 let current_frame = unsafe {
19240fe15e0SLoGin                     MMArch::phys_2_virt(
19340fe15e0SLoGin                         current_mapper
19440fe15e0SLoGin                             .translate(page)
19540fe15e0SLoGin                             .expect("VMA page not mapped")
19640fe15e0SLoGin                             .0,
19740fe15e0SLoGin                     )
19840fe15e0SLoGin                 }
19940fe15e0SLoGin                 .expect("Phys2Virt: vaddr overflow.")
20040fe15e0SLoGin                 .data() as *mut u8;
20140fe15e0SLoGin 
20240fe15e0SLoGin                 let new_frame = unsafe {
20340fe15e0SLoGin                     MMArch::phys_2_virt(
20440fe15e0SLoGin                         new_guard
20540fe15e0SLoGin                             .user_mapper
20640fe15e0SLoGin                             .utable
20740fe15e0SLoGin                             .translate(page)
20840fe15e0SLoGin                             .expect("VMA page not mapped")
20940fe15e0SLoGin                             .0,
21040fe15e0SLoGin                     )
21140fe15e0SLoGin                 }
21240fe15e0SLoGin                 .expect("Phys2Virt: vaddr overflow.")
21340fe15e0SLoGin                 .data() as *mut u8;
21440fe15e0SLoGin 
21540fe15e0SLoGin                 unsafe {
21640fe15e0SLoGin                     // 拷贝数据
21740fe15e0SLoGin                     new_frame.copy_from_nonoverlapping(current_frame, MMArch::PAGE_SIZE);
21840fe15e0SLoGin                 }
21940fe15e0SLoGin             }
22040fe15e0SLoGin             drop(vma_guard);
22140fe15e0SLoGin 
22240fe15e0SLoGin             new_vma_guard.remap(old_flags, &mut new_guard.user_mapper.utable, ())?;
22340fe15e0SLoGin             drop(new_vma_guard);
22440fe15e0SLoGin         }
22540fe15e0SLoGin         drop(new_guard);
22640fe15e0SLoGin         drop(irq_guard);
22740fe15e0SLoGin         return Ok(new_addr_space);
22840fe15e0SLoGin     }
22940fe15e0SLoGin 
23040fe15e0SLoGin     /// 判断当前的地址空间是否是当前进程的地址空间
23140fe15e0SLoGin     #[inline]
23240fe15e0SLoGin     pub fn is_current(&self) -> bool {
23340fe15e0SLoGin         return self.user_mapper.utable.is_current();
23440fe15e0SLoGin     }
23540fe15e0SLoGin 
23640fe15e0SLoGin     /// 进行匿名页映射
23740fe15e0SLoGin     ///
23840fe15e0SLoGin     /// ## 参数
23940fe15e0SLoGin     ///
24040fe15e0SLoGin     /// - `start_vaddr`:映射的起始地址
24140fe15e0SLoGin     /// - `len`:映射的长度
24240fe15e0SLoGin     /// - `prot_flags`:保护标志
24340fe15e0SLoGin     /// - `map_flags`:映射标志
24440fe15e0SLoGin     /// - `round_to_min`:是否将`start_vaddr`对齐到`mmap_min`,如果为`true`,则当`start_vaddr`不为0时,会对齐到`mmap_min`,否则仅向下对齐到页边界
2451496ba7bSLoGin     ///
2461496ba7bSLoGin     /// ## 返回
2471496ba7bSLoGin     ///
2481496ba7bSLoGin     /// 返回映射的起始虚拟页帧
24940fe15e0SLoGin     pub fn map_anonymous(
25040fe15e0SLoGin         &mut self,
25140fe15e0SLoGin         start_vaddr: VirtAddr,
25240fe15e0SLoGin         len: usize,
25340fe15e0SLoGin         prot_flags: ProtFlags,
25440fe15e0SLoGin         map_flags: MapFlags,
25540fe15e0SLoGin         round_to_min: bool,
25640fe15e0SLoGin     ) -> Result<VirtPageFrame, SystemError> {
25740fe15e0SLoGin         // 用于对齐hint的函数
25840fe15e0SLoGin         let round_hint_to_min = |hint: VirtAddr| {
25940fe15e0SLoGin             // 先把hint向下对齐到页边界
26040fe15e0SLoGin             let addr = hint.data() & (!MMArch::PAGE_OFFSET_MASK);
26140fe15e0SLoGin             // kdebug!("map_anonymous: hint = {:?}, addr = {addr:#x}", hint);
26240fe15e0SLoGin             // 如果hint不是0,且hint小于DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR,则对齐到DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR
26340fe15e0SLoGin             if (addr != 0) && round_to_min && (addr < DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR) {
26440fe15e0SLoGin                 Some(VirtAddr::new(page_align_up(DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR)))
26540fe15e0SLoGin             } else if addr == 0 {
26640fe15e0SLoGin                 None
26740fe15e0SLoGin             } else {
26840fe15e0SLoGin                 Some(VirtAddr::new(addr))
26940fe15e0SLoGin             }
27040fe15e0SLoGin         };
27140fe15e0SLoGin         // kdebug!("map_anonymous: start_vaddr = {:?}", start_vaddr);
27240fe15e0SLoGin         // kdebug!("map_anonymous: len(no align) = {}", len);
27340fe15e0SLoGin 
27440fe15e0SLoGin         let len = page_align_up(len);
27540fe15e0SLoGin 
276*4cfa009bSJomo         let vm_flags = VmFlags::from(prot_flags)
277*4cfa009bSJomo             | VmFlags::from(map_flags)
278*4cfa009bSJomo             | VmFlags::VM_MAYREAD
279*4cfa009bSJomo             | VmFlags::VM_MAYWRITE
280*4cfa009bSJomo             | VmFlags::VM_MAYEXEC;
281*4cfa009bSJomo 
28240fe15e0SLoGin         // kdebug!("map_anonymous: len = {}", len);
28340fe15e0SLoGin 
28440fe15e0SLoGin         let start_page: VirtPageFrame = self.mmap(
28540fe15e0SLoGin             round_hint_to_min(start_vaddr),
28640fe15e0SLoGin             PageFrameCount::from_bytes(len).unwrap(),
28740fe15e0SLoGin             prot_flags,
28840fe15e0SLoGin             map_flags,
28940fe15e0SLoGin             move |page, count, flags, mapper, flusher| {
290*4cfa009bSJomo                 Ok(VMA::zeroed(page, count, vm_flags, flags, mapper, flusher)?)
29140fe15e0SLoGin             },
29240fe15e0SLoGin         )?;
29340fe15e0SLoGin 
29440fe15e0SLoGin         return Ok(start_page);
29540fe15e0SLoGin     }
29640fe15e0SLoGin 
29740fe15e0SLoGin     /// 向进程的地址空间映射页面
29840fe15e0SLoGin     ///
29940fe15e0SLoGin     /// # 参数
30040fe15e0SLoGin     ///
30140fe15e0SLoGin     /// - `addr`:映射的起始地址,如果为`None`,则由内核自动分配
30240fe15e0SLoGin     /// - `page_count`:映射的页面数量
30340fe15e0SLoGin     /// - `prot_flags`:保护标志
30440fe15e0SLoGin     /// - `map_flags`:映射标志
30540fe15e0SLoGin     /// - `map_func`:映射函数,用于创建VMA
30640fe15e0SLoGin     ///
30740fe15e0SLoGin     /// # Returns
30840fe15e0SLoGin     ///
30940fe15e0SLoGin     /// 返回映射的起始虚拟页帧
31040fe15e0SLoGin     ///
31140fe15e0SLoGin     /// # Errors
31240fe15e0SLoGin     ///
31340fe15e0SLoGin     /// - `EINVAL`:参数错误
31440fe15e0SLoGin     pub fn mmap<
31540fe15e0SLoGin         F: FnOnce(
31640fe15e0SLoGin             VirtPageFrame,
31740fe15e0SLoGin             PageFrameCount,
31840fe15e0SLoGin             PageFlags<MMArch>,
31940fe15e0SLoGin             &mut PageMapper,
32040fe15e0SLoGin             &mut dyn Flusher<MMArch>,
32140fe15e0SLoGin         ) -> Result<Arc<LockedVMA>, SystemError>,
32240fe15e0SLoGin     >(
32340fe15e0SLoGin         &mut self,
32440fe15e0SLoGin         addr: Option<VirtAddr>,
32540fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
32640fe15e0SLoGin         prot_flags: ProtFlags,
32740fe15e0SLoGin         map_flags: MapFlags,
32840fe15e0SLoGin         map_func: F,
32940fe15e0SLoGin     ) -> Result<VirtPageFrame, SystemError> {
33040fe15e0SLoGin         if page_count == PageFrameCount::new(0) {
33140fe15e0SLoGin             return Err(SystemError::EINVAL);
33240fe15e0SLoGin         }
33340fe15e0SLoGin         // kdebug!("mmap: addr: {addr:?}, page_count: {page_count:?}, prot_flags: {prot_flags:?}, map_flags: {map_flags:?}");
33440fe15e0SLoGin 
33540fe15e0SLoGin         // 找到未使用的区域
33640fe15e0SLoGin         let region = match addr {
33740fe15e0SLoGin             Some(vaddr) => {
33840fe15e0SLoGin                 self.mappings
33940fe15e0SLoGin                     .find_free_at(self.mmap_min, vaddr, page_count.bytes(), map_flags)?
34040fe15e0SLoGin             }
34140fe15e0SLoGin             None => self
34240fe15e0SLoGin                 .mappings
34340fe15e0SLoGin                 .find_free(self.mmap_min, page_count.bytes())
34440fe15e0SLoGin                 .ok_or(SystemError::ENOMEM)?,
34540fe15e0SLoGin         };
34640fe15e0SLoGin 
34740fe15e0SLoGin         let page = VirtPageFrame::new(region.start());
34840fe15e0SLoGin 
34940fe15e0SLoGin         // kdebug!("mmap: page: {:?}, region={region:?}", page.virt_address());
35040fe15e0SLoGin 
35140fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
35240fe15e0SLoGin         let (mut active, mut inactive);
35340fe15e0SLoGin         let flusher = if self.is_current() {
35440fe15e0SLoGin             active = PageFlushAll::new();
35540fe15e0SLoGin             &mut active as &mut dyn Flusher<MMArch>
35640fe15e0SLoGin         } else {
35740fe15e0SLoGin             inactive = InactiveFlusher::new();
35840fe15e0SLoGin             &mut inactive as &mut dyn Flusher<MMArch>
35940fe15e0SLoGin         };
36040fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
36140fe15e0SLoGin         // 映射页面,并将VMA插入到地址空间的VMA列表中
36240fe15e0SLoGin         self.mappings.insert_vma(map_func(
36340fe15e0SLoGin             page,
36440fe15e0SLoGin             page_count,
36540fe15e0SLoGin             PageFlags::from_prot_flags(prot_flags, true),
36640fe15e0SLoGin             &mut self.user_mapper.utable,
36740fe15e0SLoGin             flusher,
36840fe15e0SLoGin         )?);
36940fe15e0SLoGin 
37040fe15e0SLoGin         return Ok(page);
37140fe15e0SLoGin     }
37240fe15e0SLoGin 
373*4cfa009bSJomo     /// 重映射内存区域
374*4cfa009bSJomo     ///
375*4cfa009bSJomo     /// # 参数
376*4cfa009bSJomo     ///
377*4cfa009bSJomo     /// - `old_vaddr`:原映射的起始地址
378*4cfa009bSJomo     /// - `old_len`:原映射的长度
379*4cfa009bSJomo     /// - `new_len`:重新映射的长度
380*4cfa009bSJomo     /// - `mremap_flags`:重映射标志
381*4cfa009bSJomo     /// - `new_vaddr`:重新映射的起始地址
382*4cfa009bSJomo     /// - `vm_flags`:旧内存区域标志
383*4cfa009bSJomo     ///
384*4cfa009bSJomo     /// # Returns
385*4cfa009bSJomo     ///
386*4cfa009bSJomo     /// 返回重映射的起始虚拟页帧地址
387*4cfa009bSJomo     ///
388*4cfa009bSJomo     /// # Errors
389*4cfa009bSJomo     ///
390*4cfa009bSJomo     /// - `EINVAL`:参数错误
391*4cfa009bSJomo     pub fn mremap(
392*4cfa009bSJomo         &mut self,
393*4cfa009bSJomo         old_vaddr: VirtAddr,
394*4cfa009bSJomo         old_len: usize,
395*4cfa009bSJomo         new_len: usize,
396*4cfa009bSJomo         mremap_flags: MremapFlags,
397*4cfa009bSJomo         new_vaddr: VirtAddr,
398*4cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
399*4cfa009bSJomo     ) -> Result<VirtAddr, SystemError> {
400*4cfa009bSJomo         // 检查新内存地址是否对齐
401*4cfa009bSJomo         if !new_vaddr.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE) {
402*4cfa009bSJomo             return Err(SystemError::EINVAL);
403*4cfa009bSJomo         }
404*4cfa009bSJomo 
405*4cfa009bSJomo         // 检查新、旧内存区域是否冲突
406*4cfa009bSJomo         let old_region = VirtRegion::new(old_vaddr, old_len);
407*4cfa009bSJomo         let new_region = VirtRegion::new(new_vaddr, new_len);
408*4cfa009bSJomo         if old_region.collide(&new_region) {
409*4cfa009bSJomo             return Err(SystemError::EINVAL);
410*4cfa009bSJomo         }
411*4cfa009bSJomo 
412*4cfa009bSJomo         // 取消新内存区域的原映射
413*4cfa009bSJomo         if mremap_flags.contains(MremapFlags::MREMAP_FIXED) {
414*4cfa009bSJomo             let start_page = VirtPageFrame::new(new_vaddr);
415*4cfa009bSJomo             let page_count = PageFrameCount::from_bytes(new_len).unwrap();
416*4cfa009bSJomo             self.munmap(start_page, page_count)?;
417*4cfa009bSJomo         }
418*4cfa009bSJomo 
419*4cfa009bSJomo         // 初始化映射标志
420*4cfa009bSJomo         let map_flags: MapFlags = vm_flags.into();
421*4cfa009bSJomo         // 初始化内存区域保护标志
422*4cfa009bSJomo         let prot_flags: ProtFlags = vm_flags.into();
423*4cfa009bSJomo 
424*4cfa009bSJomo         // 获取映射后的新内存页面
425*4cfa009bSJomo         let new_page = self.map_anonymous(new_vaddr, new_len, prot_flags, map_flags, true)?;
426*4cfa009bSJomo         let new_page_vaddr = new_page.virt_address();
427*4cfa009bSJomo 
428*4cfa009bSJomo         // 拷贝旧内存区域内容到新内存区域
429*4cfa009bSJomo         let old_buffer_reader =
430*4cfa009bSJomo             UserBufferReader::new(old_vaddr.data() as *const u8, old_len, true)?;
431*4cfa009bSJomo         let old_buf: &[u8] = old_buffer_reader.read_from_user(0)?;
432*4cfa009bSJomo         let mut new_buffer_writer =
433*4cfa009bSJomo             UserBufferWriter::new(new_page_vaddr.data() as *mut u8, new_len, true)?;
434*4cfa009bSJomo         let new_buf: &mut [u8] = new_buffer_writer.buffer(0)?;
435*4cfa009bSJomo         let len = old_buf.len().min(new_buf.len());
436*4cfa009bSJomo         for i in 0..len {
437*4cfa009bSJomo             new_buf[i] = old_buf[i];
438*4cfa009bSJomo         }
439*4cfa009bSJomo 
440*4cfa009bSJomo         return Ok(new_page_vaddr);
441*4cfa009bSJomo     }
442*4cfa009bSJomo 
44340fe15e0SLoGin     /// 取消进程的地址空间中的映射
44440fe15e0SLoGin     ///
44540fe15e0SLoGin     /// # 参数
44640fe15e0SLoGin     ///
44740fe15e0SLoGin     /// - `start_page`:起始页帧
44840fe15e0SLoGin     /// - `page_count`:取消映射的页帧数量
44940fe15e0SLoGin     ///
45040fe15e0SLoGin     /// # Errors
45140fe15e0SLoGin     ///
45240fe15e0SLoGin     /// - `EINVAL`:参数错误
45340fe15e0SLoGin     /// - `ENOMEM`:内存不足
45440fe15e0SLoGin     pub fn munmap(
45540fe15e0SLoGin         &mut self,
45640fe15e0SLoGin         start_page: VirtPageFrame,
45740fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
45840fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
45940fe15e0SLoGin         let to_unmap = VirtRegion::new(start_page.virt_address(), page_count.bytes());
46040fe15e0SLoGin         let mut flusher: PageFlushAll<MMArch> = PageFlushAll::new();
46140fe15e0SLoGin 
46240fe15e0SLoGin         let regions: Vec<Arc<LockedVMA>> = self.mappings.conflicts(to_unmap).collect::<Vec<_>>();
46340fe15e0SLoGin 
46440fe15e0SLoGin         for r in regions {
46540fe15e0SLoGin             let r = r.lock().region;
46640fe15e0SLoGin             let r = self.mappings.remove_vma(&r).unwrap();
46740fe15e0SLoGin             let intersection = r.lock().region().intersect(&to_unmap).unwrap();
46840fe15e0SLoGin             let (before, r, after) = r.extract(intersection).unwrap();
46940fe15e0SLoGin 
47040fe15e0SLoGin             // TODO: 当引入后备页映射后,这里需要增加通知文件的逻辑
47140fe15e0SLoGin 
47240fe15e0SLoGin             if let Some(before) = before {
47340fe15e0SLoGin                 // 如果前面有VMA,则需要将前面的VMA重新插入到地址空间的VMA列表中
47440fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(before);
47540fe15e0SLoGin             }
47640fe15e0SLoGin 
47740fe15e0SLoGin             if let Some(after) = after {
47840fe15e0SLoGin                 // 如果后面有VMA,则需要将后面的VMA重新插入到地址空间的VMA列表中
47940fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(after);
48040fe15e0SLoGin             }
48140fe15e0SLoGin 
48240fe15e0SLoGin             r.unmap(&mut self.user_mapper.utable, &mut flusher);
48340fe15e0SLoGin         }
48440fe15e0SLoGin 
48540fe15e0SLoGin         // TODO: 当引入后备页映射后,这里需要增加通知文件的逻辑
48640fe15e0SLoGin 
48740fe15e0SLoGin         return Ok(());
48840fe15e0SLoGin     }
48940fe15e0SLoGin 
49040fe15e0SLoGin     pub fn mprotect(
49140fe15e0SLoGin         &mut self,
49240fe15e0SLoGin         start_page: VirtPageFrame,
49340fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
49440fe15e0SLoGin         prot_flags: ProtFlags,
49540fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
49640fe15e0SLoGin         // kdebug!(
49740fe15e0SLoGin         //     "mprotect: start_page: {:?}, page_count: {:?}, prot_flags:{prot_flags:?}",
49840fe15e0SLoGin         //     start_page,
49940fe15e0SLoGin         //     page_count
50040fe15e0SLoGin         // );
50140fe15e0SLoGin         let (mut active, mut inactive);
50240fe15e0SLoGin         let mut flusher = if self.is_current() {
50340fe15e0SLoGin             active = PageFlushAll::new();
50440fe15e0SLoGin             &mut active as &mut dyn Flusher<MMArch>
50540fe15e0SLoGin         } else {
50640fe15e0SLoGin             inactive = InactiveFlusher::new();
50740fe15e0SLoGin             &mut inactive as &mut dyn Flusher<MMArch>
50840fe15e0SLoGin         };
50940fe15e0SLoGin 
51040fe15e0SLoGin         let mapper = &mut self.user_mapper.utable;
51140fe15e0SLoGin         let region = VirtRegion::new(start_page.virt_address(), page_count.bytes());
51240fe15e0SLoGin         // kdebug!("mprotect: region: {:?}", region);
51340fe15e0SLoGin 
51440fe15e0SLoGin         let regions = self.mappings.conflicts(region).collect::<Vec<_>>();
51540fe15e0SLoGin         // kdebug!("mprotect: regions: {:?}", regions);
51640fe15e0SLoGin 
51740fe15e0SLoGin         for r in regions {
51840fe15e0SLoGin             // kdebug!("mprotect: r: {:?}", r);
51940fe15e0SLoGin             let r = r.lock().region().clone();
52040fe15e0SLoGin             let r = self.mappings.remove_vma(&r).unwrap();
52140fe15e0SLoGin 
52240fe15e0SLoGin             let intersection = r.lock().region().intersect(&region).unwrap();
52340fe15e0SLoGin             let (before, r, after) = r.extract(intersection).expect("Failed to extract VMA");
52440fe15e0SLoGin 
52540fe15e0SLoGin             if let Some(before) = before {
52640fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(before);
52740fe15e0SLoGin             }
52840fe15e0SLoGin             if let Some(after) = after {
52940fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(after);
53040fe15e0SLoGin             }
53140fe15e0SLoGin 
53240fe15e0SLoGin             let mut r_guard = r.lock();
53340fe15e0SLoGin             // 如果VMA的保护标志不允许指定的修改,则返回错误
53440fe15e0SLoGin             if !r_guard.can_have_flags(prot_flags) {
53540fe15e0SLoGin                 drop(r_guard);
53640fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(r.clone());
53740fe15e0SLoGin                 return Err(SystemError::EACCES);
53840fe15e0SLoGin             }
53940fe15e0SLoGin 
54040fe15e0SLoGin             let new_flags: PageFlags<MMArch> = r_guard
54140fe15e0SLoGin                 .flags()
54240fe15e0SLoGin                 .set_execute(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_EXEC))
54340fe15e0SLoGin                 .set_write(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_WRITE));
54440fe15e0SLoGin 
54540fe15e0SLoGin             r_guard.remap(new_flags, mapper, &mut flusher)?;
54640fe15e0SLoGin             drop(r_guard);
54740fe15e0SLoGin             self.mappings.insert_vma(r);
54840fe15e0SLoGin         }
54940fe15e0SLoGin 
55040fe15e0SLoGin         return Ok(());
55140fe15e0SLoGin     }
55240fe15e0SLoGin 
55340fe15e0SLoGin     /// 创建新的用户栈
55440fe15e0SLoGin     ///
55540fe15e0SLoGin     /// ## 参数
55640fe15e0SLoGin     ///
55740fe15e0SLoGin     /// - `size`:栈的大小
55840fe15e0SLoGin     pub fn new_user_stack(&mut self, size: usize) -> Result<(), SystemError> {
55940fe15e0SLoGin         assert!(self.user_stack.is_none(), "User stack already exists");
56040fe15e0SLoGin         let stack = UserStack::new(self, None, size)?;
56140fe15e0SLoGin         self.user_stack = Some(stack);
56240fe15e0SLoGin         return Ok(());
56340fe15e0SLoGin     }
56440fe15e0SLoGin 
56540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
56640fe15e0SLoGin     pub fn user_stack_mut(&mut self) -> Option<&mut UserStack> {
56740fe15e0SLoGin         return self.user_stack.as_mut();
56840fe15e0SLoGin     }
56940fe15e0SLoGin 
57040fe15e0SLoGin     /// 取消用户空间内的所有映射
57140fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap_all(&mut self) {
57240fe15e0SLoGin         let mut flusher: PageFlushAll<MMArch> = PageFlushAll::new();
57340fe15e0SLoGin         for vma in self.mappings.iter_vmas() {
57440fe15e0SLoGin             vma.unmap(&mut self.user_mapper.utable, &mut flusher);
57540fe15e0SLoGin         }
57640fe15e0SLoGin     }
57740fe15e0SLoGin 
57840fe15e0SLoGin     /// 设置进程的堆的内存空间
57940fe15e0SLoGin     ///
58040fe15e0SLoGin     /// ## 参数
58140fe15e0SLoGin     ///
58240fe15e0SLoGin     /// - `new_brk`:新的堆的结束地址。需要满足页对齐要求,并且是用户空间地址,且大于等于当前的堆的起始地址
58340fe15e0SLoGin     ///
58440fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
58540fe15e0SLoGin     ///
58640fe15e0SLoGin     /// 返回旧的堆的结束地址
58740fe15e0SLoGin     pub unsafe fn set_brk(&mut self, new_brk: VirtAddr) -> Result<VirtAddr, SystemError> {
58840fe15e0SLoGin         assert!(new_brk.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
58940fe15e0SLoGin 
59040fe15e0SLoGin         if !new_brk.check_user() || new_brk < self.brk_start {
59140fe15e0SLoGin             return Err(SystemError::EFAULT);
59240fe15e0SLoGin         }
59340fe15e0SLoGin 
59440fe15e0SLoGin         let old_brk = self.brk;
5951496ba7bSLoGin 
59640fe15e0SLoGin         if new_brk > self.brk {
59740fe15e0SLoGin             let len = new_brk - self.brk;
59840fe15e0SLoGin             let prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE | ProtFlags::PROT_EXEC;
59940fe15e0SLoGin             let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS | MapFlags::MAP_FIXED;
6001496ba7bSLoGin             self.map_anonymous(old_brk, len, prot_flags, map_flags, true)?;
6011496ba7bSLoGin 
60240fe15e0SLoGin             self.brk = new_brk;
60340fe15e0SLoGin             return Ok(old_brk);
60440fe15e0SLoGin         } else {
60540fe15e0SLoGin             let unmap_len = self.brk - new_brk;
60640fe15e0SLoGin             let unmap_start = new_brk;
60740fe15e0SLoGin             if unmap_len == 0 {
60840fe15e0SLoGin                 return Ok(old_brk);
60940fe15e0SLoGin             }
61040fe15e0SLoGin             self.munmap(
61140fe15e0SLoGin                 VirtPageFrame::new(unmap_start),
61240fe15e0SLoGin                 PageFrameCount::from_bytes(unmap_len).unwrap(),
61340fe15e0SLoGin             )?;
61440fe15e0SLoGin             self.brk = new_brk;
61540fe15e0SLoGin             return Ok(old_brk);
61640fe15e0SLoGin         }
61740fe15e0SLoGin     }
61840fe15e0SLoGin 
61940fe15e0SLoGin     pub unsafe fn sbrk(&mut self, incr: isize) -> Result<VirtAddr, SystemError> {
62040fe15e0SLoGin         if incr == 0 {
62140fe15e0SLoGin             return Ok(self.brk);
62240fe15e0SLoGin         }
62340fe15e0SLoGin 
62440fe15e0SLoGin         let new_brk = if incr > 0 {
62540fe15e0SLoGin             self.brk + incr as usize
62640fe15e0SLoGin         } else {
62740fe15e0SLoGin             self.brk - (incr.abs() as usize)
62840fe15e0SLoGin         };
62940fe15e0SLoGin 
63040fe15e0SLoGin         let new_brk = VirtAddr::new(page_align_up(new_brk.data()));
63140fe15e0SLoGin 
63240fe15e0SLoGin         return self.set_brk(new_brk);
63340fe15e0SLoGin     }
63440fe15e0SLoGin }
63540fe15e0SLoGin 
63640fe15e0SLoGin impl Drop for InnerAddressSpace {
63740fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
63840fe15e0SLoGin         unsafe {
63940fe15e0SLoGin             self.unmap_all();
64040fe15e0SLoGin         }
64140fe15e0SLoGin     }
64240fe15e0SLoGin }
64340fe15e0SLoGin 
64440fe15e0SLoGin #[derive(Debug, Hash)]
64540fe15e0SLoGin pub struct UserMapper {
64640fe15e0SLoGin     pub utable: PageMapper,
64740fe15e0SLoGin }
64840fe15e0SLoGin 
64940fe15e0SLoGin impl UserMapper {
65040fe15e0SLoGin     pub fn new(utable: PageMapper) -> Self {
65140fe15e0SLoGin         return Self { utable };
65240fe15e0SLoGin     }
65340fe15e0SLoGin }
65440fe15e0SLoGin 
65540fe15e0SLoGin impl Drop for UserMapper {
65640fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
65740fe15e0SLoGin         if self.utable.is_current() {
65840fe15e0SLoGin             // 如果当前要被销毁的用户空间的页表是当前进程的页表,那么就切换回初始内核页表
65940fe15e0SLoGin             unsafe { MMArch::set_table(PageTableKind::User, MMArch::initial_page_table()) }
66040fe15e0SLoGin         }
66140fe15e0SLoGin         // 释放用户空间顶层页表占用的页帧
66240fe15e0SLoGin         // 请注意,在释放这个页帧之前,用户页表应该已经被完全释放,否则会产生内存泄露
66340fe15e0SLoGin         unsafe {
66440fe15e0SLoGin             deallocate_page_frames(
66540fe15e0SLoGin                 PhysPageFrame::new(self.utable.table().phys()),
66640fe15e0SLoGin                 PageFrameCount::new(1),
66740fe15e0SLoGin             )
66840fe15e0SLoGin         };
66940fe15e0SLoGin     }
67040fe15e0SLoGin }
67140fe15e0SLoGin 
67240fe15e0SLoGin /// 用户空间映射信息
67340fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
67440fe15e0SLoGin pub struct UserMappings {
67540fe15e0SLoGin     /// 当前用户空间的虚拟内存区域
67640fe15e0SLoGin     vmas: HashSet<Arc<LockedVMA>>,
67740fe15e0SLoGin     /// 当前用户空间的VMA空洞
67840fe15e0SLoGin     vm_holes: BTreeMap<VirtAddr, usize>,
67940fe15e0SLoGin }
68040fe15e0SLoGin 
68140fe15e0SLoGin impl UserMappings {
68240fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
68340fe15e0SLoGin         return Self {
68440fe15e0SLoGin             vmas: HashSet::new(),
68540fe15e0SLoGin             vm_holes: core::iter::once((VirtAddr::new(0), MMArch::USER_END_VADDR.data()))
68640fe15e0SLoGin                 .collect::<BTreeMap<_, _>>(),
68740fe15e0SLoGin         };
68840fe15e0SLoGin     }
68940fe15e0SLoGin 
69040fe15e0SLoGin     /// 判断当前进程的VMA内,是否有包含指定的虚拟地址的VMA。
69140fe15e0SLoGin     ///
69240fe15e0SLoGin     /// 如果有,返回包含指定虚拟地址的VMA的Arc指针,否则返回None。
69340fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
69440fe15e0SLoGin     pub fn contains(&self, vaddr: VirtAddr) -> Option<Arc<LockedVMA>> {
69540fe15e0SLoGin         for v in self.vmas.iter() {
69640fe15e0SLoGin             let guard = v.lock();
69740fe15e0SLoGin             if guard.region.contains(vaddr) {
69840fe15e0SLoGin                 return Some(v.clone());
69940fe15e0SLoGin             }
70040fe15e0SLoGin         }
70140fe15e0SLoGin         return None;
70240fe15e0SLoGin     }
70340fe15e0SLoGin 
70440fe15e0SLoGin     /// 获取当前进程的地址空间中,与给定虚拟地址范围有重叠的VMA的迭代器。
70540fe15e0SLoGin     pub fn conflicts(&self, request: VirtRegion) -> impl Iterator<Item = Arc<LockedVMA>> + '_ {
70640fe15e0SLoGin         let r = self
70740fe15e0SLoGin             .vmas
70840fe15e0SLoGin             .iter()
70940fe15e0SLoGin             .filter(move |v| !v.lock().region.intersect(&request).is_none())
71040fe15e0SLoGin             .cloned();
71140fe15e0SLoGin         return r;
71240fe15e0SLoGin     }
71340fe15e0SLoGin 
71440fe15e0SLoGin     /// 在当前进程的地址空间中,寻找第一个符合条件的空闲的虚拟内存范围。
71540fe15e0SLoGin     ///
71640fe15e0SLoGin     /// @param min_vaddr 最小的起始地址
71740fe15e0SLoGin     /// @param size 请求的大小
71840fe15e0SLoGin     ///
71940fe15e0SLoGin     /// @return 如果找到了,返回虚拟内存范围,否则返回None
72040fe15e0SLoGin     pub fn find_free(&self, min_vaddr: VirtAddr, size: usize) -> Option<VirtRegion> {
72140fe15e0SLoGin         let _vaddr = min_vaddr;
72240fe15e0SLoGin         let mut iter = self
72340fe15e0SLoGin             .vm_holes
72440fe15e0SLoGin             .iter()
72540fe15e0SLoGin             .skip_while(|(hole_vaddr, hole_size)| hole_vaddr.add(**hole_size) <= min_vaddr);
72640fe15e0SLoGin 
72740fe15e0SLoGin         let (hole_vaddr, size) = iter.find(|(hole_vaddr, hole_size)| {
72840fe15e0SLoGin             // 计算当前空洞的可用大小
72940fe15e0SLoGin             let available_size: usize =
73040fe15e0SLoGin                 if hole_vaddr <= &&min_vaddr && min_vaddr <= hole_vaddr.add(**hole_size) {
73140fe15e0SLoGin                     **hole_size - (min_vaddr - **hole_vaddr)
73240fe15e0SLoGin                 } else {
73340fe15e0SLoGin                     **hole_size
73440fe15e0SLoGin                 };
73540fe15e0SLoGin 
73640fe15e0SLoGin             size <= available_size
73740fe15e0SLoGin         })?;
73840fe15e0SLoGin 
73940fe15e0SLoGin         // 创建一个新的虚拟内存范围。
74040fe15e0SLoGin         let region = VirtRegion::new(cmp::max(*hole_vaddr, min_vaddr), *size);
741*4cfa009bSJomo 
74240fe15e0SLoGin         return Some(region);
74340fe15e0SLoGin     }
74440fe15e0SLoGin 
74540fe15e0SLoGin     pub fn find_free_at(
74640fe15e0SLoGin         &self,
74740fe15e0SLoGin         min_vaddr: VirtAddr,
74840fe15e0SLoGin         vaddr: VirtAddr,
74940fe15e0SLoGin         size: usize,
75040fe15e0SLoGin         flags: MapFlags,
75140fe15e0SLoGin     ) -> Result<VirtRegion, SystemError> {
75240fe15e0SLoGin         // 如果没有指定地址,那么就在当前进程的地址空间中寻找一个空闲的虚拟内存范围。
75340fe15e0SLoGin         if vaddr == VirtAddr::new(0) {
75440fe15e0SLoGin             return self.find_free(min_vaddr, size).ok_or(SystemError::ENOMEM);
75540fe15e0SLoGin         }
75640fe15e0SLoGin 
75740fe15e0SLoGin         // 如果指定了地址,那么就检查指定的地址是否可用。
75840fe15e0SLoGin 
75940fe15e0SLoGin         let requested = VirtRegion::new(vaddr, size);
76040fe15e0SLoGin 
76140fe15e0SLoGin         if requested.end() >= MMArch::USER_END_VADDR || !vaddr.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE) {
76240fe15e0SLoGin             return Err(SystemError::EINVAL);
76340fe15e0SLoGin         }
76440fe15e0SLoGin 
76540fe15e0SLoGin         if let Some(_x) = self.conflicts(requested).next() {
76640fe15e0SLoGin             if flags.contains(MapFlags::MAP_FIXED_NOREPLACE) {
76740fe15e0SLoGin                 // 如果指定了 MAP_FIXED_NOREPLACE 标志,由于所指定的地址无法成功建立映射,则放弃映射,不对地址做修正
76840fe15e0SLoGin                 return Err(SystemError::EEXIST);
76940fe15e0SLoGin             }
77040fe15e0SLoGin 
77140fe15e0SLoGin             if flags.contains(MapFlags::MAP_FIXED) {
77240fe15e0SLoGin                 // todo: 支持MAP_FIXED标志对已有的VMA进行覆盖
77340fe15e0SLoGin                 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
77440fe15e0SLoGin             }
77540fe15e0SLoGin 
77640fe15e0SLoGin             // 如果没有指定MAP_FIXED标志,那么就对地址做修正
77740fe15e0SLoGin             let requested = self.find_free(min_vaddr, size).ok_or(SystemError::ENOMEM)?;
77840fe15e0SLoGin             return Ok(requested);
77940fe15e0SLoGin         }
78040fe15e0SLoGin 
78140fe15e0SLoGin         return Ok(requested);
78240fe15e0SLoGin     }
78340fe15e0SLoGin 
78440fe15e0SLoGin     /// 在当前进程的地址空间中,保留一个指定大小的区域,使得该区域不在空洞中。
78540fe15e0SLoGin     /// 该函数会修改vm_holes中的空洞信息。
78640fe15e0SLoGin     ///
78740fe15e0SLoGin     /// @param region 要保留的区域
78840fe15e0SLoGin     ///
78940fe15e0SLoGin     /// 请注意,在调用本函数之前,必须先确定region所在范围内没有VMA。
79040fe15e0SLoGin     fn reserve_hole(&mut self, region: &VirtRegion) {
79140fe15e0SLoGin         let prev_hole: Option<(&VirtAddr, &mut usize)> =
792971462beSGnoCiYeH             self.vm_holes.range_mut(..=region.start()).next_back();
79340fe15e0SLoGin 
79440fe15e0SLoGin         if let Some((prev_hole_vaddr, prev_hole_size)) = prev_hole {
79540fe15e0SLoGin             let prev_hole_end = prev_hole_vaddr.add(*prev_hole_size);
79640fe15e0SLoGin 
79740fe15e0SLoGin             if prev_hole_end > region.start() {
79840fe15e0SLoGin                 // 如果前一个空洞的结束地址大于当前空洞的起始地址,那么就需要调整前一个空洞的大小。
79940fe15e0SLoGin                 *prev_hole_size = region.start().data() - prev_hole_vaddr.data();
80040fe15e0SLoGin             }
80140fe15e0SLoGin 
80240fe15e0SLoGin             if prev_hole_end > region.end() {
80340fe15e0SLoGin                 // 如果前一个空洞的结束地址大于当前空洞的结束地址,那么就需要增加一个新的空洞。
80440fe15e0SLoGin                 self.vm_holes
80540fe15e0SLoGin                     .insert(region.end(), prev_hole_end - region.end());
80640fe15e0SLoGin             }
80740fe15e0SLoGin         }
80840fe15e0SLoGin     }
80940fe15e0SLoGin 
81040fe15e0SLoGin     /// 在当前进程的地址空间中,释放一个指定大小的区域,使得该区域成为一个空洞。
81140fe15e0SLoGin     /// 该函数会修改vm_holes中的空洞信息。
81240fe15e0SLoGin     fn unreserve_hole(&mut self, region: &VirtRegion) {
81340fe15e0SLoGin         // 如果将要插入的空洞与后一个空洞相邻,那么就需要合并。
81440fe15e0SLoGin         let next_hole_size: Option<usize> = self.vm_holes.remove(&region.end());
81540fe15e0SLoGin 
81640fe15e0SLoGin         if let Some((_prev_hole_vaddr, prev_hole_size)) = self
81740fe15e0SLoGin             .vm_holes
81840fe15e0SLoGin             .range_mut(..region.start())
81940fe15e0SLoGin             .next_back()
82040fe15e0SLoGin             .filter(|(offset, size)| offset.data() + **size == region.start().data())
82140fe15e0SLoGin         {
82240fe15e0SLoGin             *prev_hole_size += region.size() + next_hole_size.unwrap_or(0);
82340fe15e0SLoGin         } else {
82440fe15e0SLoGin             self.vm_holes
82540fe15e0SLoGin                 .insert(region.start(), region.size() + next_hole_size.unwrap_or(0));
82640fe15e0SLoGin         }
82740fe15e0SLoGin     }
82840fe15e0SLoGin 
82940fe15e0SLoGin     /// 在当前进程的映射关系中,插入一个新的VMA。
83040fe15e0SLoGin     pub fn insert_vma(&mut self, vma: Arc<LockedVMA>) {
83140fe15e0SLoGin         let region = vma.lock().region.clone();
83240fe15e0SLoGin         // 要求插入的地址范围必须是空闲的,也就是说,当前进程的地址空间中,不能有任何与之重叠的VMA。
83340fe15e0SLoGin         assert!(self.conflicts(region).next().is_none());
83440fe15e0SLoGin         self.reserve_hole(&region);
83540fe15e0SLoGin 
83640fe15e0SLoGin         self.vmas.insert(vma);
83740fe15e0SLoGin     }
83840fe15e0SLoGin 
83940fe15e0SLoGin     /// @brief 删除一个VMA,并把对应的地址空间加入空洞中。
84040fe15e0SLoGin     ///
84140fe15e0SLoGin     /// 这里不会取消VMA对应的地址的映射
84240fe15e0SLoGin     ///
84340fe15e0SLoGin     /// @param region 要删除的VMA所在的地址范围
84440fe15e0SLoGin     ///
84540fe15e0SLoGin     /// @return 如果成功删除了VMA,则返回被删除的VMA,否则返回None
84640fe15e0SLoGin     /// 如果没有可以删除的VMA,则不会执行删除操作,并报告失败。
84740fe15e0SLoGin     pub fn remove_vma(&mut self, region: &VirtRegion) -> Option<Arc<LockedVMA>> {
84840fe15e0SLoGin         // 请注意,由于这里会对每个VMA加锁,因此性能很低
84940fe15e0SLoGin         let vma: Arc<LockedVMA> = self
85040fe15e0SLoGin             .vmas
85140fe15e0SLoGin             .drain_filter(|vma| vma.lock().region == *region)
85240fe15e0SLoGin             .next()?;
85340fe15e0SLoGin         self.unreserve_hole(region);
85440fe15e0SLoGin 
85540fe15e0SLoGin         return Some(vma);
85640fe15e0SLoGin     }
85740fe15e0SLoGin 
85840fe15e0SLoGin     /// @brief Get the iterator of all VMAs in this process.
85940fe15e0SLoGin     pub fn iter_vmas(&self) -> hashbrown::hash_set::Iter<Arc<LockedVMA>> {
86040fe15e0SLoGin         return self.vmas.iter();
86140fe15e0SLoGin     }
86240fe15e0SLoGin }
86340fe15e0SLoGin 
86440fe15e0SLoGin impl Default for UserMappings {
86540fe15e0SLoGin     fn default() -> Self {
86640fe15e0SLoGin         return Self::new();
86740fe15e0SLoGin     }
86840fe15e0SLoGin }
86940fe15e0SLoGin 
87040fe15e0SLoGin /// 加了锁的VMA
87140fe15e0SLoGin ///
87240fe15e0SLoGin /// 备注:进行性能测试,看看SpinLock和RwLock哪个更快。
87340fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
87440fe15e0SLoGin pub struct LockedVMA(SpinLock<VMA>);
87540fe15e0SLoGin 
87640fe15e0SLoGin impl core::hash::Hash for LockedVMA {
87740fe15e0SLoGin     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
87840fe15e0SLoGin         self.0.lock().hash(state);
87940fe15e0SLoGin     }
88040fe15e0SLoGin }
88140fe15e0SLoGin 
88240fe15e0SLoGin impl PartialEq for LockedVMA {
88340fe15e0SLoGin     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
88440fe15e0SLoGin         self.0.lock().eq(&other.0.lock())
88540fe15e0SLoGin     }
88640fe15e0SLoGin }
88740fe15e0SLoGin 
88840fe15e0SLoGin impl Eq for LockedVMA {}
88940fe15e0SLoGin 
89040fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
89140fe15e0SLoGin impl LockedVMA {
89240fe15e0SLoGin     pub fn new(vma: VMA) -> Arc<Self> {
89340fe15e0SLoGin         let r = Arc::new(Self(SpinLock::new(vma)));
89440fe15e0SLoGin         r.0.lock().self_ref = Arc::downgrade(&r);
89540fe15e0SLoGin         return r;
89640fe15e0SLoGin     }
89740fe15e0SLoGin 
89840fe15e0SLoGin     pub fn lock(&self) -> SpinLockGuard<VMA> {
89940fe15e0SLoGin         return self.0.lock();
90040fe15e0SLoGin     }
90140fe15e0SLoGin 
90240fe15e0SLoGin     /// 调整当前VMA的页面的标志位
90340fe15e0SLoGin     ///
90440fe15e0SLoGin     /// TODO:增加调整虚拟页映射的物理地址的功能
90540fe15e0SLoGin     ///
90640fe15e0SLoGin     /// @param flags 新的标志位
90740fe15e0SLoGin     /// @param mapper 页表映射器
90840fe15e0SLoGin     /// @param flusher 页表项刷新器
90940fe15e0SLoGin     ///
91040fe15e0SLoGin     pub fn remap(
91140fe15e0SLoGin         &self,
91240fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<MMArch>,
91340fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
91440fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
91540fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
91640fe15e0SLoGin         let mut guard = self.lock();
91740fe15e0SLoGin         assert!(guard.mapped);
91840fe15e0SLoGin         for page in guard.region.pages() {
91940fe15e0SLoGin             // 暂时要求所有的页帧都已经映射到页表
92040fe15e0SLoGin             // TODO: 引入Lazy Mapping, 通过缺页中断来映射页帧,这里就不必要求所有的页帧都已经映射到页表了
92140fe15e0SLoGin             let r = unsafe {
92240fe15e0SLoGin                 mapper
92340fe15e0SLoGin                     .remap(page.virt_address(), flags)
92440fe15e0SLoGin                     .expect("Failed to remap, beacuse of some page is not mapped")
92540fe15e0SLoGin             };
92640fe15e0SLoGin             flusher.consume(r);
92740fe15e0SLoGin         }
92840fe15e0SLoGin         guard.flags = flags;
92940fe15e0SLoGin         return Ok(());
93040fe15e0SLoGin     }
93140fe15e0SLoGin 
93240fe15e0SLoGin     pub fn unmap(&self, mapper: &mut PageMapper, mut flusher: impl Flusher<MMArch>) {
9331a62e776SLoGin         // todo: 如果当前vma与文件相关,完善文件相关的逻辑
9341a62e776SLoGin 
93540fe15e0SLoGin         let mut guard = self.lock();
93640fe15e0SLoGin         assert!(guard.mapped);
93740fe15e0SLoGin         for page in guard.region.pages() {
93840fe15e0SLoGin             let (paddr, _, flush) = unsafe { mapper.unmap_phys(page.virt_address(), true) }
93940fe15e0SLoGin                 .expect("Failed to unmap, beacuse of some page is not mapped");
94040fe15e0SLoGin 
94140fe15e0SLoGin             // todo: 获取物理页的anon_vma的守卫
94240fe15e0SLoGin 
94340fe15e0SLoGin             // todo: 从anon_vma中删除当前VMA
94440fe15e0SLoGin 
94540fe15e0SLoGin             // todo: 如果物理页的anon_vma链表长度为0,则释放物理页.
94640fe15e0SLoGin 
94740fe15e0SLoGin             // 目前由于还没有实现共享页,所以直接释放物理页也没问题。
94840fe15e0SLoGin             // 但是在实现共享页之后,就不能直接释放物理页了,需要在anon_vma链表长度为0的时候才能释放物理页
94940fe15e0SLoGin             unsafe { deallocate_page_frames(PhysPageFrame::new(paddr), PageFrameCount::new(1)) };
95040fe15e0SLoGin 
95140fe15e0SLoGin             flusher.consume(flush);
95240fe15e0SLoGin         }
95340fe15e0SLoGin         guard.mapped = false;
95440fe15e0SLoGin     }
95540fe15e0SLoGin 
95640fe15e0SLoGin     pub fn mapped(&self) -> bool {
95740fe15e0SLoGin         return self.0.lock().mapped;
95840fe15e0SLoGin     }
95940fe15e0SLoGin 
96040fe15e0SLoGin     /// 将当前VMA进行切分,切分成3个VMA,分别是:
96140fe15e0SLoGin     ///
96240fe15e0SLoGin     /// 1. 前面的VMA,如果没有则为None
96340fe15e0SLoGin     /// 2. 中间的VMA,也就是传入的Region
96440fe15e0SLoGin     /// 3. 后面的VMA,如果没有则为None
96540fe15e0SLoGin     pub fn extract(
96640fe15e0SLoGin         &self,
96740fe15e0SLoGin         region: VirtRegion,
96840fe15e0SLoGin     ) -> Option<(
96940fe15e0SLoGin         Option<Arc<LockedVMA>>,
97040fe15e0SLoGin         Arc<LockedVMA>,
97140fe15e0SLoGin         Option<Arc<LockedVMA>>,
97240fe15e0SLoGin     )> {
97340fe15e0SLoGin         assert!(region.start().check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
97440fe15e0SLoGin         assert!(region.end().check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
97540fe15e0SLoGin 
97640fe15e0SLoGin         let mut guard = self.lock();
97740fe15e0SLoGin         {
97840fe15e0SLoGin             // 如果传入的region不在当前VMA的范围内,则直接返回None
97940fe15e0SLoGin             if unlikely(region.start() < guard.region.start() || region.end() > guard.region.end())
98040fe15e0SLoGin             {
98140fe15e0SLoGin                 return None;
98240fe15e0SLoGin             }
98340fe15e0SLoGin 
98440fe15e0SLoGin             let intersect: Option<VirtRegion> = guard.region.intersect(&region);
98540fe15e0SLoGin             // 如果当前VMA不包含region,则直接返回None
98640fe15e0SLoGin             if unlikely(intersect.is_none()) {
98740fe15e0SLoGin                 return None;
98840fe15e0SLoGin             }
98940fe15e0SLoGin             let intersect: VirtRegion = intersect.unwrap();
99040fe15e0SLoGin             if unlikely(intersect == guard.region) {
99140fe15e0SLoGin                 // 如果当前VMA完全包含region,则直接返回当前VMA
99240fe15e0SLoGin                 return Some((None, guard.self_ref.upgrade().unwrap(), None));
99340fe15e0SLoGin             }
99440fe15e0SLoGin         }
99540fe15e0SLoGin 
99640fe15e0SLoGin         let before: Option<Arc<LockedVMA>> = guard.region.before(&region).map(|virt_region| {
99740fe15e0SLoGin             let mut vma: VMA = unsafe { guard.clone() };
99840fe15e0SLoGin             vma.region = virt_region;
99940fe15e0SLoGin 
100040fe15e0SLoGin             let vma: Arc<LockedVMA> = LockedVMA::new(vma);
100140fe15e0SLoGin             vma
100240fe15e0SLoGin         });
100340fe15e0SLoGin 
100440fe15e0SLoGin         let after: Option<Arc<LockedVMA>> = guard.region.after(&region).map(|virt_region| {
100540fe15e0SLoGin             let mut vma: VMA = unsafe { guard.clone() };
100640fe15e0SLoGin             vma.region = virt_region;
100740fe15e0SLoGin 
100840fe15e0SLoGin             let vma: Arc<LockedVMA> = LockedVMA::new(vma);
100940fe15e0SLoGin             vma
101040fe15e0SLoGin         });
101140fe15e0SLoGin 
101240fe15e0SLoGin         guard.region = region;
101340fe15e0SLoGin 
101440fe15e0SLoGin         // TODO: 重新设置before、after这两个VMA里面的物理页的anon_vma
101540fe15e0SLoGin 
101640fe15e0SLoGin         return Some((before, guard.self_ref.upgrade().unwrap(), after));
101740fe15e0SLoGin     }
101840fe15e0SLoGin }
101940fe15e0SLoGin 
102040fe15e0SLoGin /// @brief 虚拟内存区域
102140fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
102240fe15e0SLoGin pub struct VMA {
102340fe15e0SLoGin     /// 虚拟内存区域对应的虚拟地址范围
102440fe15e0SLoGin     region: VirtRegion,
1025*4cfa009bSJomo     /// 虚拟内存区域标志
1026*4cfa009bSJomo     vm_flags: VmFlags,
102740fe15e0SLoGin     /// VMA内的页帧的标志
102840fe15e0SLoGin     flags: PageFlags<MMArch>,
102940fe15e0SLoGin     /// VMA内的页帧是否已经映射到页表
103040fe15e0SLoGin     mapped: bool,
103140fe15e0SLoGin     /// VMA所属的用户地址空间
103240fe15e0SLoGin     user_address_space: Option<Weak<AddressSpace>>,
103340fe15e0SLoGin     self_ref: Weak<LockedVMA>,
1034971462beSGnoCiYeH 
1035971462beSGnoCiYeH     provider: Provider,
103640fe15e0SLoGin }
103740fe15e0SLoGin 
103840fe15e0SLoGin impl core::hash::Hash for VMA {
103940fe15e0SLoGin     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
104040fe15e0SLoGin         self.region.hash(state);
104140fe15e0SLoGin         self.flags.hash(state);
104240fe15e0SLoGin         self.mapped.hash(state);
104340fe15e0SLoGin     }
104440fe15e0SLoGin }
104540fe15e0SLoGin 
1046971462beSGnoCiYeH /// 描述不同类型的内存提供者或资源
1047971462beSGnoCiYeH #[derive(Debug)]
1048971462beSGnoCiYeH pub enum Provider {
1049971462beSGnoCiYeH     Allocated, // TODO:其他
1050971462beSGnoCiYeH }
1051971462beSGnoCiYeH 
105240fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
105340fe15e0SLoGin impl VMA {
1054*4cfa009bSJomo     pub fn new(
1055*4cfa009bSJomo         region: VirtRegion,
1056*4cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
1057*4cfa009bSJomo         flags: PageFlags<MMArch>,
1058*4cfa009bSJomo         mapped: bool,
1059*4cfa009bSJomo     ) -> Self {
1060*4cfa009bSJomo         VMA {
1061*4cfa009bSJomo             region,
1062*4cfa009bSJomo             vm_flags,
1063*4cfa009bSJomo             flags,
1064*4cfa009bSJomo             mapped,
1065*4cfa009bSJomo             user_address_space: None,
1066*4cfa009bSJomo             self_ref: Weak::default(),
1067*4cfa009bSJomo             provider: Provider::Allocated,
1068*4cfa009bSJomo         }
1069*4cfa009bSJomo     }
1070*4cfa009bSJomo 
107140fe15e0SLoGin     pub fn region(&self) -> &VirtRegion {
107240fe15e0SLoGin         return &self.region;
107340fe15e0SLoGin     }
107440fe15e0SLoGin 
1075*4cfa009bSJomo     pub fn vm_flags(&self) -> &VmFlags {
1076*4cfa009bSJomo         return &self.vm_flags;
1077*4cfa009bSJomo     }
1078*4cfa009bSJomo 
1079*4cfa009bSJomo     pub fn set_vm_flags(&mut self, vm_flags: VmFlags) {
1080*4cfa009bSJomo         self.vm_flags = vm_flags;
1081*4cfa009bSJomo     }
1082*4cfa009bSJomo 
1083*4cfa009bSJomo     pub fn set_region_size(&mut self, new_region_size: usize) {
1084*4cfa009bSJomo         self.region.set_size(new_region_size);
1085*4cfa009bSJomo     }
1086*4cfa009bSJomo 
108740fe15e0SLoGin     /// # 拷贝当前VMA的内容
108840fe15e0SLoGin     ///
108940fe15e0SLoGin     /// ### 安全性
109040fe15e0SLoGin     ///
109140fe15e0SLoGin     /// 由于这样操作可能由于错误的拷贝,导致内存泄露、内存重复释放等问题,所以需要小心使用。
109240fe15e0SLoGin     pub unsafe fn clone(&self) -> Self {
109340fe15e0SLoGin         return Self {
109440fe15e0SLoGin             region: self.region,
1095*4cfa009bSJomo             vm_flags: self.vm_flags,
109640fe15e0SLoGin             flags: self.flags,
109740fe15e0SLoGin             mapped: self.mapped,
109840fe15e0SLoGin             user_address_space: self.user_address_space.clone(),
109940fe15e0SLoGin             self_ref: self.self_ref.clone(),
1100971462beSGnoCiYeH             provider: Provider::Allocated,
110140fe15e0SLoGin         };
110240fe15e0SLoGin     }
110340fe15e0SLoGin 
110440fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
110540fe15e0SLoGin     pub fn flags(&self) -> PageFlags<MMArch> {
110640fe15e0SLoGin         return self.flags;
110740fe15e0SLoGin     }
110840fe15e0SLoGin 
110940fe15e0SLoGin     pub fn pages(&self) -> VirtPageFrameIter {
111040fe15e0SLoGin         return VirtPageFrameIter::new(
111140fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(self.region.start()),
111240fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(self.region.end()),
111340fe15e0SLoGin         );
111440fe15e0SLoGin     }
111540fe15e0SLoGin 
111640fe15e0SLoGin     pub fn remap(
111740fe15e0SLoGin         &mut self,
111840fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<MMArch>,
111940fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
112040fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
112140fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
112240fe15e0SLoGin         assert!(self.mapped);
112340fe15e0SLoGin         for page in self.region.pages() {
112440fe15e0SLoGin             // kdebug!("remap page {:?}", page.virt_address());
112540fe15e0SLoGin             // 暂时要求所有的页帧都已经映射到页表
112640fe15e0SLoGin             // TODO: 引入Lazy Mapping, 通过缺页中断来映射页帧,这里就不必要求所有的页帧都已经映射到页表了
112740fe15e0SLoGin             let r = unsafe {
112840fe15e0SLoGin                 mapper
112940fe15e0SLoGin                     .remap(page.virt_address(), flags)
113040fe15e0SLoGin                     .expect("Failed to remap, beacuse of some page is not mapped")
113140fe15e0SLoGin             };
113240fe15e0SLoGin             // kdebug!("consume page {:?}", page.virt_address());
113340fe15e0SLoGin             flusher.consume(r);
113440fe15e0SLoGin             // kdebug!("remap page {:?} done", page.virt_address());
113540fe15e0SLoGin         }
113640fe15e0SLoGin         self.flags = flags;
113740fe15e0SLoGin         return Ok(());
113840fe15e0SLoGin     }
113940fe15e0SLoGin 
114040fe15e0SLoGin     /// 检查当前VMA是否可以拥有指定的标志位
114140fe15e0SLoGin     ///
114240fe15e0SLoGin     /// ## 参数
114340fe15e0SLoGin     ///
114440fe15e0SLoGin     /// - `prot_flags` 要检查的标志位
114540fe15e0SLoGin     pub fn can_have_flags(&self, prot_flags: ProtFlags) -> bool {
1146971462beSGnoCiYeH         let is_downgrade = (self.flags.has_write() || !prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_WRITE))
114740fe15e0SLoGin             && (self.flags.has_execute() || !prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_EXEC));
1148971462beSGnoCiYeH 
1149971462beSGnoCiYeH         match self.provider {
1150971462beSGnoCiYeH             Provider::Allocated { .. } => true,
1151971462beSGnoCiYeH 
1152971462beSGnoCiYeH             #[allow(unreachable_patterns)]
1153971462beSGnoCiYeH             _ => is_downgrade,
1154971462beSGnoCiYeH         }
115540fe15e0SLoGin     }
115640fe15e0SLoGin 
115740fe15e0SLoGin     /// 把物理地址映射到虚拟地址
115840fe15e0SLoGin     ///
115940fe15e0SLoGin     /// @param phys 要映射的物理地址
116040fe15e0SLoGin     /// @param destination 要映射到的虚拟地址
116140fe15e0SLoGin     /// @param count 要映射的页帧数量
116240fe15e0SLoGin     /// @param flags 页面标志位
116340fe15e0SLoGin     /// @param mapper 页表映射器
116440fe15e0SLoGin     /// @param flusher 页表项刷新器
116540fe15e0SLoGin     ///
116640fe15e0SLoGin     /// @return 返回映射后的虚拟内存区域
116740fe15e0SLoGin     pub fn physmap(
116840fe15e0SLoGin         phys: PhysPageFrame,
116940fe15e0SLoGin         destination: VirtPageFrame,
117040fe15e0SLoGin         count: PageFrameCount,
1171*4cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
117240fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<MMArch>,
117340fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
117440fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
117540fe15e0SLoGin     ) -> Result<Arc<LockedVMA>, SystemError> {
117640fe15e0SLoGin         {
117740fe15e0SLoGin             let mut cur_phy = phys;
117840fe15e0SLoGin             let mut cur_dest = destination;
117940fe15e0SLoGin 
118040fe15e0SLoGin             for _ in 0..count.data() {
118140fe15e0SLoGin                 // 将物理页帧映射到虚拟页帧
118240fe15e0SLoGin                 let r = unsafe {
118340fe15e0SLoGin                     mapper.map_phys(cur_dest.virt_address(), cur_phy.phys_address(), flags)
118440fe15e0SLoGin                 }
118540fe15e0SLoGin                 .expect("Failed to map phys, may be OOM error");
118640fe15e0SLoGin 
118740fe15e0SLoGin                 // todo: 增加OOM处理
118840fe15e0SLoGin 
118940fe15e0SLoGin                 // todo: 将VMA加入到anon_vma中
119040fe15e0SLoGin 
119140fe15e0SLoGin                 // 刷新TLB
119240fe15e0SLoGin                 flusher.consume(r);
119340fe15e0SLoGin 
119440fe15e0SLoGin                 cur_phy = cur_phy.next();
119540fe15e0SLoGin                 cur_dest = cur_dest.next();
119640fe15e0SLoGin             }
119740fe15e0SLoGin         }
119840fe15e0SLoGin 
119940fe15e0SLoGin         let r: Arc<LockedVMA> = LockedVMA::new(VMA {
120040fe15e0SLoGin             region: VirtRegion::new(destination.virt_address(), count.data() * MMArch::PAGE_SIZE),
1201*4cfa009bSJomo             vm_flags,
120240fe15e0SLoGin             flags,
120340fe15e0SLoGin             mapped: true,
120440fe15e0SLoGin             user_address_space: None,
120540fe15e0SLoGin             self_ref: Weak::default(),
1206971462beSGnoCiYeH             provider: Provider::Allocated,
120740fe15e0SLoGin         });
120840fe15e0SLoGin         return Ok(r);
120940fe15e0SLoGin     }
121040fe15e0SLoGin 
121140fe15e0SLoGin     /// 从页分配器中分配一些物理页,并把它们映射到指定的虚拟地址,然后创建VMA
121240fe15e0SLoGin     ///
121340fe15e0SLoGin     /// @param destination 要映射到的虚拟地址
121440fe15e0SLoGin     /// @param count 要映射的页帧数量
121540fe15e0SLoGin     /// @param flags 页面标志位
121640fe15e0SLoGin     /// @param mapper 页表映射器
121740fe15e0SLoGin     /// @param flusher 页表项刷新器
121840fe15e0SLoGin     ///
121940fe15e0SLoGin     /// @return 返回映射后的虚拟内存区域
122040fe15e0SLoGin     pub fn zeroed(
122140fe15e0SLoGin         destination: VirtPageFrame,
122240fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
1223*4cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
122440fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<MMArch>,
122540fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
122640fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
122740fe15e0SLoGin     ) -> Result<Arc<LockedVMA>, SystemError> {
122840fe15e0SLoGin         let mut cur_dest: VirtPageFrame = destination;
122940fe15e0SLoGin         // kdebug!(
123040fe15e0SLoGin         //     "VMA::zeroed: page_count = {:?}, destination={destination:?}",
123140fe15e0SLoGin         //     page_count
123240fe15e0SLoGin         // );
123340fe15e0SLoGin         for _ in 0..page_count.data() {
123440fe15e0SLoGin             // kdebug!(
123540fe15e0SLoGin             //     "VMA::zeroed: cur_dest={cur_dest:?}, vaddr = {:?}",
123640fe15e0SLoGin             //     cur_dest.virt_address()
123740fe15e0SLoGin             // );
123840fe15e0SLoGin             let r = unsafe { mapper.map(cur_dest.virt_address(), flags) }
123940fe15e0SLoGin                 .expect("Failed to map zero, may be OOM error");
124040fe15e0SLoGin             // todo: 将VMA加入到anon_vma中
124140fe15e0SLoGin             // todo: 增加OOM处理
124240fe15e0SLoGin 
124340fe15e0SLoGin             // 稍后再刷新TLB,这里取消刷新
124440fe15e0SLoGin             flusher.consume(r);
124540fe15e0SLoGin             cur_dest = cur_dest.next();
124640fe15e0SLoGin         }
124740fe15e0SLoGin         let r = LockedVMA::new(VMA {
124840fe15e0SLoGin             region: VirtRegion::new(
124940fe15e0SLoGin                 destination.virt_address(),
125040fe15e0SLoGin                 page_count.data() * MMArch::PAGE_SIZE,
125140fe15e0SLoGin             ),
1252*4cfa009bSJomo             vm_flags,
125340fe15e0SLoGin             flags,
125440fe15e0SLoGin             mapped: true,
125540fe15e0SLoGin             user_address_space: None,
125640fe15e0SLoGin             self_ref: Weak::default(),
1257971462beSGnoCiYeH             provider: Provider::Allocated,
125840fe15e0SLoGin         });
125940fe15e0SLoGin         drop(flusher);
126040fe15e0SLoGin         // kdebug!("VMA::zeroed: flusher dropped");
126140fe15e0SLoGin 
126240fe15e0SLoGin         // 清空这些内存
12639550910aSChiichen         let virt_iter: VirtPageFrameIter =
12649550910aSChiichen             VirtPageFrameIter::new(destination, destination.add(page_count));
126540fe15e0SLoGin         for frame in virt_iter {
126640fe15e0SLoGin             let paddr = mapper.translate(frame.virt_address()).unwrap().0;
126740fe15e0SLoGin 
126840fe15e0SLoGin             unsafe {
126940fe15e0SLoGin                 let vaddr = MMArch::phys_2_virt(paddr).unwrap();
127040fe15e0SLoGin                 MMArch::write_bytes(vaddr, 0, MMArch::PAGE_SIZE);
127140fe15e0SLoGin             }
127240fe15e0SLoGin         }
127340fe15e0SLoGin         // kdebug!("VMA::zeroed: done");
127440fe15e0SLoGin         return Ok(r);
127540fe15e0SLoGin     }
127640fe15e0SLoGin }
127740fe15e0SLoGin 
127840fe15e0SLoGin impl Drop for VMA {
127940fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
128040fe15e0SLoGin         // 当VMA被释放时,需要确保它已经被从页表中解除映射
128140fe15e0SLoGin         assert!(!self.mapped, "VMA is still mapped");
128240fe15e0SLoGin     }
128340fe15e0SLoGin }
128440fe15e0SLoGin 
128540fe15e0SLoGin impl PartialEq for VMA {
128640fe15e0SLoGin     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
128740fe15e0SLoGin         return self.region == other.region;
128840fe15e0SLoGin     }
128940fe15e0SLoGin }
129040fe15e0SLoGin 
129140fe15e0SLoGin impl Eq for VMA {}
129240fe15e0SLoGin 
129340fe15e0SLoGin impl PartialOrd for VMA {
129440fe15e0SLoGin     fn partial_cmp(&self, other: &Self) -> Option<cmp::Ordering> {
129540fe15e0SLoGin         return self.region.partial_cmp(&other.region);
129640fe15e0SLoGin     }
129740fe15e0SLoGin }
129840fe15e0SLoGin 
129940fe15e0SLoGin impl Ord for VMA {
130040fe15e0SLoGin     fn cmp(&self, other: &Self) -> cmp::Ordering {
130140fe15e0SLoGin         return self.region.cmp(&other.region);
130240fe15e0SLoGin     }
130340fe15e0SLoGin }
130440fe15e0SLoGin 
130540fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
130640fe15e0SLoGin pub struct UserStack {
130740fe15e0SLoGin     // 栈底地址
130840fe15e0SLoGin     stack_bottom: VirtAddr,
130940fe15e0SLoGin     // 当前已映射的大小
131040fe15e0SLoGin     mapped_size: usize,
131140fe15e0SLoGin     /// 栈顶地址(这个值需要仔细确定!因为它可能不会实时与用户栈的真实栈顶保持一致!要小心!)
131240fe15e0SLoGin     current_sp: VirtAddr,
131340fe15e0SLoGin }
131440fe15e0SLoGin 
131540fe15e0SLoGin impl UserStack {
131640fe15e0SLoGin     /// 默认的用户栈底地址
131740fe15e0SLoGin     pub const DEFAULT_USER_STACK_BOTTOM: VirtAddr = MMArch::USER_STACK_START;
131840fe15e0SLoGin     /// 默认的用户栈大小为8MB
131940fe15e0SLoGin     pub const DEFAULT_USER_STACK_SIZE: usize = 8 * 1024 * 1024;
132040fe15e0SLoGin     /// 用户栈的保护页数量
132140fe15e0SLoGin     pub const GUARD_PAGES_NUM: usize = 4;
132240fe15e0SLoGin 
132340fe15e0SLoGin     /// 创建一个用户栈
132440fe15e0SLoGin     pub fn new(
132540fe15e0SLoGin         vm: &mut InnerAddressSpace,
132640fe15e0SLoGin         stack_bottom: Option<VirtAddr>,
132740fe15e0SLoGin         stack_size: usize,
132840fe15e0SLoGin     ) -> Result<Self, SystemError> {
132940fe15e0SLoGin         let stack_bottom = stack_bottom.unwrap_or(Self::DEFAULT_USER_STACK_BOTTOM);
133040fe15e0SLoGin         assert!(stack_bottom.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
133140fe15e0SLoGin 
133240fe15e0SLoGin         // 分配用户栈的保护页
133340fe15e0SLoGin         let guard_size = Self::GUARD_PAGES_NUM * MMArch::PAGE_SIZE;
133440fe15e0SLoGin         let actual_stack_bottom = stack_bottom - guard_size;
133540fe15e0SLoGin 
133640fe15e0SLoGin         let mut prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE;
133740fe15e0SLoGin         let map_flags =
133840fe15e0SLoGin             MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS | MapFlags::MAP_FIXED_NOREPLACE;
133940fe15e0SLoGin         // kdebug!(
134040fe15e0SLoGin         //     "map anonymous stack: {:?} {}",
134140fe15e0SLoGin         //     actual_stack_bottom,
134240fe15e0SLoGin         //     guard_size
134340fe15e0SLoGin         // );
134440fe15e0SLoGin         vm.map_anonymous(
134540fe15e0SLoGin             actual_stack_bottom,
134640fe15e0SLoGin             guard_size,
134740fe15e0SLoGin             prot_flags,
134840fe15e0SLoGin             map_flags,
134940fe15e0SLoGin             false,
135040fe15e0SLoGin         )?;
135140fe15e0SLoGin         // test_buddy();
135240fe15e0SLoGin         // 设置保护页只读
135340fe15e0SLoGin         prot_flags.remove(ProtFlags::PROT_WRITE);
135440fe15e0SLoGin         // kdebug!(
135540fe15e0SLoGin         //     "to mprotect stack guard pages: {:?} {}",
135640fe15e0SLoGin         //     actual_stack_bottom,
135740fe15e0SLoGin         //     guard_size
135840fe15e0SLoGin         // );
135940fe15e0SLoGin         vm.mprotect(
136040fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(actual_stack_bottom),
136140fe15e0SLoGin             PageFrameCount::new(Self::GUARD_PAGES_NUM),
136240fe15e0SLoGin             prot_flags,
136340fe15e0SLoGin         )?;
136440fe15e0SLoGin 
136540fe15e0SLoGin         // kdebug!(
136640fe15e0SLoGin         //     "mprotect stack guard pages done: {:?} {}",
136740fe15e0SLoGin         //     actual_stack_bottom,
136840fe15e0SLoGin         //     guard_size
136940fe15e0SLoGin         // );
137040fe15e0SLoGin 
137140fe15e0SLoGin         let mut user_stack = UserStack {
137240fe15e0SLoGin             stack_bottom: actual_stack_bottom,
137340fe15e0SLoGin             mapped_size: guard_size,
137440fe15e0SLoGin             current_sp: actual_stack_bottom - guard_size,
137540fe15e0SLoGin         };
137640fe15e0SLoGin 
137740fe15e0SLoGin         // kdebug!("extend user stack: {:?} {}", stack_bottom, stack_size);
137840fe15e0SLoGin         // 分配用户栈
137940fe15e0SLoGin         user_stack.initial_extend(vm, stack_size)?;
138040fe15e0SLoGin         // kdebug!("user stack created: {:?} {}", stack_bottom, stack_size);
138140fe15e0SLoGin         return Ok(user_stack);
138240fe15e0SLoGin     }
138340fe15e0SLoGin 
138440fe15e0SLoGin     fn initial_extend(
138540fe15e0SLoGin         &mut self,
138640fe15e0SLoGin         vm: &mut InnerAddressSpace,
138740fe15e0SLoGin         mut bytes: usize,
138840fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
138940fe15e0SLoGin         let prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE | ProtFlags::PROT_EXEC;
139040fe15e0SLoGin         let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS;
139140fe15e0SLoGin 
139240fe15e0SLoGin         bytes = page_align_up(bytes);
139340fe15e0SLoGin         self.mapped_size += bytes;
139440fe15e0SLoGin 
139540fe15e0SLoGin         vm.map_anonymous(
139640fe15e0SLoGin             self.stack_bottom - self.mapped_size,
139740fe15e0SLoGin             bytes,
139840fe15e0SLoGin             prot_flags,
139940fe15e0SLoGin             map_flags,
140040fe15e0SLoGin             false,
140140fe15e0SLoGin         )?;
140240fe15e0SLoGin 
140340fe15e0SLoGin         return Ok(());
140440fe15e0SLoGin     }
140540fe15e0SLoGin 
140640fe15e0SLoGin     /// 扩展用户栈
140740fe15e0SLoGin     ///
140840fe15e0SLoGin     /// ## 参数
140940fe15e0SLoGin     ///
141040fe15e0SLoGin     /// - `vm` 用户地址空间结构体
141140fe15e0SLoGin     /// - `bytes` 要扩展的字节数
141240fe15e0SLoGin     ///
141340fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
141440fe15e0SLoGin     ///
141540fe15e0SLoGin     /// - **Ok(())** 扩展成功
141640fe15e0SLoGin     /// - **Err(SystemError)** 扩展失败
141740fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
141840fe15e0SLoGin     pub fn extend(
141940fe15e0SLoGin         &mut self,
142040fe15e0SLoGin         vm: &mut RwLockWriteGuard<InnerAddressSpace>,
142140fe15e0SLoGin         mut bytes: usize,
142240fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
142340fe15e0SLoGin         let prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE | ProtFlags::PROT_EXEC;
142440fe15e0SLoGin         let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS;
142540fe15e0SLoGin 
142640fe15e0SLoGin         bytes = page_align_up(bytes);
142740fe15e0SLoGin         self.mapped_size += bytes;
142840fe15e0SLoGin 
142940fe15e0SLoGin         vm.map_anonymous(
143040fe15e0SLoGin             self.stack_bottom - self.mapped_size,
143140fe15e0SLoGin             bytes,
143240fe15e0SLoGin             prot_flags,
143340fe15e0SLoGin             map_flags,
143440fe15e0SLoGin             false,
143540fe15e0SLoGin         )?;
143640fe15e0SLoGin 
143740fe15e0SLoGin         return Ok(());
143840fe15e0SLoGin     }
143940fe15e0SLoGin 
144040fe15e0SLoGin     /// 获取栈顶地址
144140fe15e0SLoGin     ///
144240fe15e0SLoGin     /// 请注意,如果用户栈的栈顶地址发生变化,这个值可能不会实时更新!
144340fe15e0SLoGin     pub fn sp(&self) -> VirtAddr {
144440fe15e0SLoGin         return self.current_sp;
144540fe15e0SLoGin     }
144640fe15e0SLoGin 
144740fe15e0SLoGin     pub unsafe fn set_sp(&mut self, sp: VirtAddr) {
144840fe15e0SLoGin         self.current_sp = sp;
144940fe15e0SLoGin     }
145040fe15e0SLoGin 
145140fe15e0SLoGin     /// 仅仅克隆用户栈的信息,不会克隆用户栈的内容/映射
145240fe15e0SLoGin     pub unsafe fn clone_info_only(&self) -> Self {
145340fe15e0SLoGin         return Self {
145440fe15e0SLoGin             stack_bottom: self.stack_bottom,
145540fe15e0SLoGin             mapped_size: self.mapped_size,
145640fe15e0SLoGin             current_sp: self.current_sp,
145740fe15e0SLoGin         };
145840fe15e0SLoGin     }
145940fe15e0SLoGin 
146040fe15e0SLoGin     /// 获取当前用户栈的大小(不包括保护页)
146140fe15e0SLoGin     pub fn stack_size(&self) -> usize {
146240fe15e0SLoGin         return self.mapped_size - Self::GUARD_PAGES_NUM * MMArch::PAGE_SIZE;
146340fe15e0SLoGin     }
146440fe15e0SLoGin }
1465