xref: /DragonOS/kernel/src/mm/ucontext.rs (revision 56cc4dbe27e132aac5c61b8bd4f4ec9a223b49ee)
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;
17*56cc4dbeSJomo use ida::IdAllocator;
1891e9d4abSLoGin use system_error::SystemError;
1940fe15e0SLoGin 
2040fe15e0SLoGin use crate::{
211496ba7bSLoGin     arch::{mm::PageMapper, CurrentIrqArch, MMArch},
2240fe15e0SLoGin     exception::InterruptArch,
2340fe15e0SLoGin     libs::{
2440fe15e0SLoGin         align::page_align_up,
2540fe15e0SLoGin         rwlock::{RwLock, RwLockWriteGuard},
2640fe15e0SLoGin         spinlock::{SpinLock, SpinLockGuard},
2740fe15e0SLoGin     },
28*56cc4dbeSJomo     mm::page::page_manager_lock_irasave,
291496ba7bSLoGin     process::ProcessManager,
304cfa009bSJomo     syscall::user_access::{UserBufferReader, UserBufferWriter},
3140fe15e0SLoGin };
3240fe15e0SLoGin 
3340fe15e0SLoGin use super::{
3440fe15e0SLoGin     allocator::page_frame::{
3540fe15e0SLoGin         deallocate_page_frames, PageFrameCount, PhysPageFrame, VirtPageFrame, VirtPageFrameIter,
3640fe15e0SLoGin     },
3740fe15e0SLoGin     page::{Flusher, InactiveFlusher, PageFlags, PageFlushAll},
384cfa009bSJomo     syscall::{MapFlags, MremapFlags, ProtFlags},
394cfa009bSJomo     MemoryManagementArch, PageTableKind, VirtAddr, VirtRegion, VmFlags,
4040fe15e0SLoGin };
4140fe15e0SLoGin 
4240fe15e0SLoGin /// MMAP_MIN_ADDR的默认值
4340fe15e0SLoGin /// 以下内容来自linux-5.19:
4440fe15e0SLoGin ///  This is the portion of low virtual memory which should be protected
4540fe15e0SLoGin //   from userspace allocation.  Keeping a user from writing to low pages
4640fe15e0SLoGin //   can help reduce the impact of kernel NULL pointer bugs.
4740fe15e0SLoGin //   For most ia64, ppc64 and x86 users with lots of address space
4840fe15e0SLoGin //   a value of 65536 is reasonable and should cause no problems.
4940fe15e0SLoGin //   On arm and other archs it should not be higher than 32768.
5040fe15e0SLoGin //   Programs which use vm86 functionality or have some need to map
5140fe15e0SLoGin //   this low address space will need CAP_SYS_RAWIO or disable this
5240fe15e0SLoGin //   protection by setting the value to 0.
5340fe15e0SLoGin pub const DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR: usize = 65536;
5440fe15e0SLoGin 
55*56cc4dbeSJomo /// LockedVMA的id分配器
56*56cc4dbeSJomo static LOCKEDVMA_ID_ALLOCATOR: IdAllocator = IdAllocator::new(0, usize::MAX);
57*56cc4dbeSJomo 
5840fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
5940fe15e0SLoGin pub struct AddressSpace {
6040fe15e0SLoGin     inner: RwLock<InnerAddressSpace>,
6140fe15e0SLoGin }
6240fe15e0SLoGin 
6340fe15e0SLoGin impl AddressSpace {
6440fe15e0SLoGin     pub fn new(create_stack: bool) -> Result<Arc<Self>, SystemError> {
6540fe15e0SLoGin         let inner = InnerAddressSpace::new(create_stack)?;
6640fe15e0SLoGin         let result = Self {
6740fe15e0SLoGin             inner: RwLock::new(inner),
6840fe15e0SLoGin         };
6940fe15e0SLoGin         return Ok(Arc::new(result));
7040fe15e0SLoGin     }
7140fe15e0SLoGin 
7240fe15e0SLoGin     /// 从pcb中获取当前进程的地址空间结构体的Arc指针
7340fe15e0SLoGin     pub fn current() -> Result<Arc<AddressSpace>, SystemError> {
741496ba7bSLoGin         let vm = ProcessManager::current_pcb()
751496ba7bSLoGin             .basic()
761496ba7bSLoGin             .user_vm()
7740fe15e0SLoGin             .expect("Current process has no address space");
781496ba7bSLoGin 
791496ba7bSLoGin         return Ok(vm);
8040fe15e0SLoGin     }
8140fe15e0SLoGin 
8240fe15e0SLoGin     /// 判断某个地址空间是否为当前进程的地址空间
8340fe15e0SLoGin     pub fn is_current(self: &Arc<Self>) -> bool {
8440fe15e0SLoGin         let current = Self::current();
8540fe15e0SLoGin         if let Ok(current) = current {
8640fe15e0SLoGin             return Arc::ptr_eq(&current, self);
8740fe15e0SLoGin         }
8840fe15e0SLoGin         return false;
8940fe15e0SLoGin     }
9040fe15e0SLoGin }
9140fe15e0SLoGin 
9240fe15e0SLoGin impl core::ops::Deref for AddressSpace {
9340fe15e0SLoGin     type Target = RwLock<InnerAddressSpace>;
9440fe15e0SLoGin 
9540fe15e0SLoGin     fn deref(&self) -> &Self::Target {
9640fe15e0SLoGin         &self.inner
9740fe15e0SLoGin     }
9840fe15e0SLoGin }
9940fe15e0SLoGin 
10040fe15e0SLoGin impl core::ops::DerefMut for AddressSpace {
10140fe15e0SLoGin     fn deref_mut(&mut self) -> &mut Self::Target {
10240fe15e0SLoGin         &mut self.inner
10340fe15e0SLoGin     }
10440fe15e0SLoGin }
10540fe15e0SLoGin 
10640fe15e0SLoGin /// @brief 用户地址空间结构体(每个进程都有一个)
10740fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
10840fe15e0SLoGin pub struct InnerAddressSpace {
10940fe15e0SLoGin     pub user_mapper: UserMapper,
11040fe15e0SLoGin     pub mappings: UserMappings,
11140fe15e0SLoGin     pub mmap_min: VirtAddr,
11240fe15e0SLoGin     /// 用户栈信息结构体
11340fe15e0SLoGin     pub user_stack: Option<UserStack>,
11440fe15e0SLoGin 
11540fe15e0SLoGin     pub elf_brk_start: VirtAddr,
11640fe15e0SLoGin     pub elf_brk: VirtAddr,
11740fe15e0SLoGin 
11840fe15e0SLoGin     /// 当前进程的堆空间的起始地址
11940fe15e0SLoGin     pub brk_start: VirtAddr,
12040fe15e0SLoGin     /// 当前进程的堆空间的结束地址(不包含)
12140fe15e0SLoGin     pub brk: VirtAddr,
12240fe15e0SLoGin 
12340fe15e0SLoGin     pub start_code: VirtAddr,
12440fe15e0SLoGin     pub end_code: VirtAddr,
12540fe15e0SLoGin     pub start_data: VirtAddr,
12640fe15e0SLoGin     pub end_data: VirtAddr,
12740fe15e0SLoGin }
12840fe15e0SLoGin 
12940fe15e0SLoGin impl InnerAddressSpace {
13040fe15e0SLoGin     pub fn new(create_stack: bool) -> Result<Self, SystemError> {
13140fe15e0SLoGin         let mut result = Self {
13240fe15e0SLoGin             user_mapper: MMArch::setup_new_usermapper()?,
13340fe15e0SLoGin             mappings: UserMappings::new(),
13440fe15e0SLoGin             mmap_min: VirtAddr(DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR),
13540fe15e0SLoGin             elf_brk_start: VirtAddr::new(0),
13640fe15e0SLoGin             elf_brk: VirtAddr::new(0),
13740fe15e0SLoGin             brk_start: MMArch::USER_BRK_START,
13840fe15e0SLoGin             brk: MMArch::USER_BRK_START,
13940fe15e0SLoGin             user_stack: None,
14040fe15e0SLoGin             start_code: VirtAddr(0),
14140fe15e0SLoGin             end_code: VirtAddr(0),
14240fe15e0SLoGin             start_data: VirtAddr(0),
14340fe15e0SLoGin             end_data: VirtAddr(0),
14440fe15e0SLoGin         };
14540fe15e0SLoGin         if create_stack {
14640fe15e0SLoGin             // kdebug!("to create user stack.");
14740fe15e0SLoGin             result.new_user_stack(UserStack::DEFAULT_USER_STACK_SIZE)?;
14840fe15e0SLoGin         }
14940fe15e0SLoGin 
15040fe15e0SLoGin         return Ok(result);
15140fe15e0SLoGin     }
15240fe15e0SLoGin 
15340fe15e0SLoGin     /// 尝试克隆当前进程的地址空间,包括这些映射都会被克隆
15440fe15e0SLoGin     ///
15540fe15e0SLoGin     /// # Returns
15640fe15e0SLoGin     ///
15740fe15e0SLoGin     /// 返回克隆后的,新的地址空间的Arc指针
1584fda81ceSLoGin     #[inline(never)]
15940fe15e0SLoGin     pub fn try_clone(&mut self) -> Result<Arc<AddressSpace>, SystemError> {
16040fe15e0SLoGin         let irq_guard = unsafe { CurrentIrqArch::save_and_disable_irq() };
16140fe15e0SLoGin         let new_addr_space = AddressSpace::new(false)?;
16240fe15e0SLoGin         let mut new_guard = new_addr_space.write();
16340fe15e0SLoGin 
16440fe15e0SLoGin         // 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)
16540fe15e0SLoGin         unsafe {
16640fe15e0SLoGin             new_guard.user_stack = Some(self.user_stack.as_ref().unwrap().clone_info_only());
16740fe15e0SLoGin         }
16840fe15e0SLoGin         let _current_stack_size = self.user_stack.as_ref().unwrap().stack_size();
16940fe15e0SLoGin 
17040fe15e0SLoGin         let current_mapper = &mut self.user_mapper.utable;
17140fe15e0SLoGin 
172ea8ad4d4SLoGin         // 拷贝空洞
173ea8ad4d4SLoGin         new_guard.mappings.vm_holes = self.mappings.vm_holes.clone();
174ea8ad4d4SLoGin 
17540fe15e0SLoGin         for vma in self.mappings.vmas.iter() {
17640fe15e0SLoGin             // TODO: 增加对VMA是否为文件映射的判断,如果是的话,就跳过
17740fe15e0SLoGin 
17840fe15e0SLoGin             let vma_guard: SpinLockGuard<'_, VMA> = vma.lock();
17940fe15e0SLoGin             let old_flags = vma_guard.flags();
18040fe15e0SLoGin             let tmp_flags: PageFlags<MMArch> = PageFlags::new().set_write(true);
18140fe15e0SLoGin 
18240fe15e0SLoGin             // 分配内存页并创建新的VMA
18340fe15e0SLoGin             let new_vma = VMA::zeroed(
18440fe15e0SLoGin                 VirtPageFrame::new(vma_guard.region.start()),
18540fe15e0SLoGin                 PageFrameCount::new(vma_guard.region.size() / MMArch::PAGE_SIZE),
186b5b571e0SLoGin                 *vma_guard.vm_flags(),
18740fe15e0SLoGin                 tmp_flags,
18840fe15e0SLoGin                 &mut new_guard.user_mapper.utable,
18940fe15e0SLoGin                 (),
19040fe15e0SLoGin             )?;
19140fe15e0SLoGin             new_guard.mappings.vmas.insert(new_vma.clone());
19240fe15e0SLoGin             // kdebug!("new vma: {:x?}", new_vma);
19340fe15e0SLoGin             let mut new_vma_guard = new_vma.lock();
19440fe15e0SLoGin             for page in new_vma_guard.pages().map(|p| p.virt_address()) {
19540fe15e0SLoGin                 // kdebug!("page: {:x?}", page);
19640fe15e0SLoGin                 let current_frame = unsafe {
19740fe15e0SLoGin                     MMArch::phys_2_virt(
19840fe15e0SLoGin                         current_mapper
19940fe15e0SLoGin                             .translate(page)
20040fe15e0SLoGin                             .expect("VMA page not mapped")
20140fe15e0SLoGin                             .0,
20240fe15e0SLoGin                     )
20340fe15e0SLoGin                 }
20440fe15e0SLoGin                 .expect("Phys2Virt: vaddr overflow.")
20540fe15e0SLoGin                 .data() as *mut u8;
20640fe15e0SLoGin 
20740fe15e0SLoGin                 let new_frame = unsafe {
20840fe15e0SLoGin                     MMArch::phys_2_virt(
20940fe15e0SLoGin                         new_guard
21040fe15e0SLoGin                             .user_mapper
21140fe15e0SLoGin                             .utable
21240fe15e0SLoGin                             .translate(page)
21340fe15e0SLoGin                             .expect("VMA page not mapped")
21440fe15e0SLoGin                             .0,
21540fe15e0SLoGin                     )
21640fe15e0SLoGin                 }
21740fe15e0SLoGin                 .expect("Phys2Virt: vaddr overflow.")
21840fe15e0SLoGin                 .data() as *mut u8;
21940fe15e0SLoGin 
22040fe15e0SLoGin                 unsafe {
22140fe15e0SLoGin                     // 拷贝数据
22240fe15e0SLoGin                     new_frame.copy_from_nonoverlapping(current_frame, MMArch::PAGE_SIZE);
22340fe15e0SLoGin                 }
22440fe15e0SLoGin             }
22540fe15e0SLoGin             drop(vma_guard);
22640fe15e0SLoGin 
22740fe15e0SLoGin             new_vma_guard.remap(old_flags, &mut new_guard.user_mapper.utable, ())?;
22840fe15e0SLoGin             drop(new_vma_guard);
22940fe15e0SLoGin         }
23040fe15e0SLoGin         drop(new_guard);
23140fe15e0SLoGin         drop(irq_guard);
23240fe15e0SLoGin         return Ok(new_addr_space);
23340fe15e0SLoGin     }
23440fe15e0SLoGin 
23540fe15e0SLoGin     /// 判断当前的地址空间是否是当前进程的地址空间
23640fe15e0SLoGin     #[inline]
23740fe15e0SLoGin     pub fn is_current(&self) -> bool {
23840fe15e0SLoGin         return self.user_mapper.utable.is_current();
23940fe15e0SLoGin     }
24040fe15e0SLoGin 
24140fe15e0SLoGin     /// 进行匿名页映射
24240fe15e0SLoGin     ///
24340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
24440fe15e0SLoGin     ///
24540fe15e0SLoGin     /// - `start_vaddr`:映射的起始地址
24640fe15e0SLoGin     /// - `len`:映射的长度
24740fe15e0SLoGin     /// - `prot_flags`:保护标志
24840fe15e0SLoGin     /// - `map_flags`:映射标志
24940fe15e0SLoGin     /// - `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
2501496ba7bSLoGin     ///
2511496ba7bSLoGin     /// ## 返回
2521496ba7bSLoGin     ///
2531496ba7bSLoGin     /// 返回映射的起始虚拟页帧
25440fe15e0SLoGin     pub fn map_anonymous(
25540fe15e0SLoGin         &mut self,
25640fe15e0SLoGin         start_vaddr: VirtAddr,
25740fe15e0SLoGin         len: usize,
25840fe15e0SLoGin         prot_flags: ProtFlags,
25940fe15e0SLoGin         map_flags: MapFlags,
26040fe15e0SLoGin         round_to_min: bool,
26140fe15e0SLoGin     ) -> Result<VirtPageFrame, SystemError> {
26240fe15e0SLoGin         // 用于对齐hint的函数
26340fe15e0SLoGin         let round_hint_to_min = |hint: VirtAddr| {
26440fe15e0SLoGin             // 先把hint向下对齐到页边界
26540fe15e0SLoGin             let addr = hint.data() & (!MMArch::PAGE_OFFSET_MASK);
26640fe15e0SLoGin             // kdebug!("map_anonymous: hint = {:?}, addr = {addr:#x}", hint);
26740fe15e0SLoGin             // 如果hint不是0,且hint小于DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR,则对齐到DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR
26840fe15e0SLoGin             if (addr != 0) && round_to_min && (addr < DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR) {
26940fe15e0SLoGin                 Some(VirtAddr::new(page_align_up(DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR)))
27040fe15e0SLoGin             } else if addr == 0 {
27140fe15e0SLoGin                 None
27240fe15e0SLoGin             } else {
27340fe15e0SLoGin                 Some(VirtAddr::new(addr))
27440fe15e0SLoGin             }
27540fe15e0SLoGin         };
27640fe15e0SLoGin         // kdebug!("map_anonymous: start_vaddr = {:?}", start_vaddr);
27740fe15e0SLoGin         // kdebug!("map_anonymous: len(no align) = {}", len);
27840fe15e0SLoGin 
27940fe15e0SLoGin         let len = page_align_up(len);
28040fe15e0SLoGin 
2814cfa009bSJomo         let vm_flags = VmFlags::from(prot_flags)
2824cfa009bSJomo             | VmFlags::from(map_flags)
2834cfa009bSJomo             | VmFlags::VM_MAYREAD
2844cfa009bSJomo             | VmFlags::VM_MAYWRITE
2854cfa009bSJomo             | VmFlags::VM_MAYEXEC;
2864cfa009bSJomo 
28740fe15e0SLoGin         // kdebug!("map_anonymous: len = {}", len);
28840fe15e0SLoGin 
28940fe15e0SLoGin         let start_page: VirtPageFrame = self.mmap(
29040fe15e0SLoGin             round_hint_to_min(start_vaddr),
29140fe15e0SLoGin             PageFrameCount::from_bytes(len).unwrap(),
29240fe15e0SLoGin             prot_flags,
29340fe15e0SLoGin             map_flags,
29440fe15e0SLoGin             move |page, count, flags, mapper, flusher| {
295b5b571e0SLoGin                 VMA::zeroed(page, count, vm_flags, flags, mapper, flusher)
29640fe15e0SLoGin             },
29740fe15e0SLoGin         )?;
29840fe15e0SLoGin 
29940fe15e0SLoGin         return Ok(start_page);
30040fe15e0SLoGin     }
30140fe15e0SLoGin 
30240fe15e0SLoGin     /// 向进程的地址空间映射页面
30340fe15e0SLoGin     ///
30440fe15e0SLoGin     /// # 参数
30540fe15e0SLoGin     ///
30640fe15e0SLoGin     /// - `addr`:映射的起始地址,如果为`None`,则由内核自动分配
30740fe15e0SLoGin     /// - `page_count`:映射的页面数量
30840fe15e0SLoGin     /// - `prot_flags`:保护标志
30940fe15e0SLoGin     /// - `map_flags`:映射标志
31040fe15e0SLoGin     /// - `map_func`:映射函数,用于创建VMA
31140fe15e0SLoGin     ///
31240fe15e0SLoGin     /// # Returns
31340fe15e0SLoGin     ///
31440fe15e0SLoGin     /// 返回映射的起始虚拟页帧
31540fe15e0SLoGin     ///
31640fe15e0SLoGin     /// # Errors
31740fe15e0SLoGin     ///
31840fe15e0SLoGin     /// - `EINVAL`:参数错误
31940fe15e0SLoGin     pub fn mmap<
32040fe15e0SLoGin         F: FnOnce(
32140fe15e0SLoGin             VirtPageFrame,
32240fe15e0SLoGin             PageFrameCount,
32340fe15e0SLoGin             PageFlags<MMArch>,
32440fe15e0SLoGin             &mut PageMapper,
32540fe15e0SLoGin             &mut dyn Flusher<MMArch>,
32640fe15e0SLoGin         ) -> Result<Arc<LockedVMA>, SystemError>,
32740fe15e0SLoGin     >(
32840fe15e0SLoGin         &mut self,
32940fe15e0SLoGin         addr: Option<VirtAddr>,
33040fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
33140fe15e0SLoGin         prot_flags: ProtFlags,
33240fe15e0SLoGin         map_flags: MapFlags,
33340fe15e0SLoGin         map_func: F,
33440fe15e0SLoGin     ) -> Result<VirtPageFrame, SystemError> {
33540fe15e0SLoGin         if page_count == PageFrameCount::new(0) {
33640fe15e0SLoGin             return Err(SystemError::EINVAL);
33740fe15e0SLoGin         }
33840fe15e0SLoGin         // kdebug!("mmap: addr: {addr:?}, page_count: {page_count:?}, prot_flags: {prot_flags:?}, map_flags: {map_flags:?}");
33940fe15e0SLoGin 
34040fe15e0SLoGin         // 找到未使用的区域
34140fe15e0SLoGin         let region = match addr {
34240fe15e0SLoGin             Some(vaddr) => {
34340fe15e0SLoGin                 self.mappings
34440fe15e0SLoGin                     .find_free_at(self.mmap_min, vaddr, page_count.bytes(), map_flags)?
34540fe15e0SLoGin             }
34640fe15e0SLoGin             None => self
34740fe15e0SLoGin                 .mappings
34840fe15e0SLoGin                 .find_free(self.mmap_min, page_count.bytes())
34940fe15e0SLoGin                 .ok_or(SystemError::ENOMEM)?,
35040fe15e0SLoGin         };
35140fe15e0SLoGin 
35240fe15e0SLoGin         let page = VirtPageFrame::new(region.start());
35340fe15e0SLoGin 
35440fe15e0SLoGin         // kdebug!("mmap: page: {:?}, region={region:?}", page.virt_address());
35540fe15e0SLoGin 
35640fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
35740fe15e0SLoGin         let (mut active, mut inactive);
35840fe15e0SLoGin         let flusher = if self.is_current() {
35940fe15e0SLoGin             active = PageFlushAll::new();
36040fe15e0SLoGin             &mut active as &mut dyn Flusher<MMArch>
36140fe15e0SLoGin         } else {
36240fe15e0SLoGin             inactive = InactiveFlusher::new();
36340fe15e0SLoGin             &mut inactive as &mut dyn Flusher<MMArch>
36440fe15e0SLoGin         };
36540fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
36640fe15e0SLoGin         // 映射页面,并将VMA插入到地址空间的VMA列表中
36740fe15e0SLoGin         self.mappings.insert_vma(map_func(
36840fe15e0SLoGin             page,
36940fe15e0SLoGin             page_count,
37040fe15e0SLoGin             PageFlags::from_prot_flags(prot_flags, true),
37140fe15e0SLoGin             &mut self.user_mapper.utable,
37240fe15e0SLoGin             flusher,
37340fe15e0SLoGin         )?);
37440fe15e0SLoGin 
37540fe15e0SLoGin         return Ok(page);
37640fe15e0SLoGin     }
37740fe15e0SLoGin 
3784cfa009bSJomo     /// 重映射内存区域
3794cfa009bSJomo     ///
3804cfa009bSJomo     /// # 参数
3814cfa009bSJomo     ///
3824cfa009bSJomo     /// - `old_vaddr`:原映射的起始地址
3834cfa009bSJomo     /// - `old_len`:原映射的长度
3844cfa009bSJomo     /// - `new_len`:重新映射的长度
3854cfa009bSJomo     /// - `mremap_flags`:重映射标志
3864cfa009bSJomo     /// - `new_vaddr`:重新映射的起始地址
3874cfa009bSJomo     /// - `vm_flags`:旧内存区域标志
3884cfa009bSJomo     ///
3894cfa009bSJomo     /// # Returns
3904cfa009bSJomo     ///
3914cfa009bSJomo     /// 返回重映射的起始虚拟页帧地址
3924cfa009bSJomo     ///
3934cfa009bSJomo     /// # Errors
3944cfa009bSJomo     ///
3954cfa009bSJomo     /// - `EINVAL`:参数错误
3964cfa009bSJomo     pub fn mremap(
3974cfa009bSJomo         &mut self,
3984cfa009bSJomo         old_vaddr: VirtAddr,
3994cfa009bSJomo         old_len: usize,
4004cfa009bSJomo         new_len: usize,
4014cfa009bSJomo         mremap_flags: MremapFlags,
4024cfa009bSJomo         new_vaddr: VirtAddr,
4034cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
4044cfa009bSJomo     ) -> Result<VirtAddr, SystemError> {
4054cfa009bSJomo         // 检查新内存地址是否对齐
4064cfa009bSJomo         if !new_vaddr.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE) {
4074cfa009bSJomo             return Err(SystemError::EINVAL);
4084cfa009bSJomo         }
4094cfa009bSJomo 
4104cfa009bSJomo         // 检查新、旧内存区域是否冲突
4114cfa009bSJomo         let old_region = VirtRegion::new(old_vaddr, old_len);
4124cfa009bSJomo         let new_region = VirtRegion::new(new_vaddr, new_len);
4134cfa009bSJomo         if old_region.collide(&new_region) {
4144cfa009bSJomo             return Err(SystemError::EINVAL);
4154cfa009bSJomo         }
4164cfa009bSJomo 
4173055390cSJomo         // 初始化映射标志
4183055390cSJomo         let mut map_flags: MapFlags = vm_flags.into();
4193055390cSJomo         // 初始化内存区域保护标志
4203055390cSJomo         let prot_flags: ProtFlags = vm_flags.into();
4213055390cSJomo 
4224cfa009bSJomo         // 取消新内存区域的原映射
4234cfa009bSJomo         if mremap_flags.contains(MremapFlags::MREMAP_FIXED) {
4243055390cSJomo             map_flags |= MapFlags::MAP_FIXED;
4254cfa009bSJomo             let start_page = VirtPageFrame::new(new_vaddr);
4264cfa009bSJomo             let page_count = PageFrameCount::from_bytes(new_len).unwrap();
4274cfa009bSJomo             self.munmap(start_page, page_count)?;
4284cfa009bSJomo         }
4294cfa009bSJomo 
4304cfa009bSJomo         // 获取映射后的新内存页面
4314cfa009bSJomo         let new_page = self.map_anonymous(new_vaddr, new_len, prot_flags, map_flags, true)?;
4324cfa009bSJomo         let new_page_vaddr = new_page.virt_address();
4334cfa009bSJomo 
4344cfa009bSJomo         // 拷贝旧内存区域内容到新内存区域
4354cfa009bSJomo         let old_buffer_reader =
4364cfa009bSJomo             UserBufferReader::new(old_vaddr.data() as *const u8, old_len, true)?;
4374cfa009bSJomo         let old_buf: &[u8] = old_buffer_reader.read_from_user(0)?;
4384cfa009bSJomo         let mut new_buffer_writer =
4394cfa009bSJomo             UserBufferWriter::new(new_page_vaddr.data() as *mut u8, new_len, true)?;
4404cfa009bSJomo         let new_buf: &mut [u8] = new_buffer_writer.buffer(0)?;
4414cfa009bSJomo         let len = old_buf.len().min(new_buf.len());
442b5b571e0SLoGin         new_buf[..len].copy_from_slice(&old_buf[..len]);
4434cfa009bSJomo 
4444cfa009bSJomo         return Ok(new_page_vaddr);
4454cfa009bSJomo     }
4464cfa009bSJomo 
44740fe15e0SLoGin     /// 取消进程的地址空间中的映射
44840fe15e0SLoGin     ///
44940fe15e0SLoGin     /// # 参数
45040fe15e0SLoGin     ///
45140fe15e0SLoGin     /// - `start_page`:起始页帧
45240fe15e0SLoGin     /// - `page_count`:取消映射的页帧数量
45340fe15e0SLoGin     ///
45440fe15e0SLoGin     /// # Errors
45540fe15e0SLoGin     ///
45640fe15e0SLoGin     /// - `EINVAL`:参数错误
45740fe15e0SLoGin     /// - `ENOMEM`:内存不足
45840fe15e0SLoGin     pub fn munmap(
45940fe15e0SLoGin         &mut self,
46040fe15e0SLoGin         start_page: VirtPageFrame,
46140fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
46240fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
46340fe15e0SLoGin         let to_unmap = VirtRegion::new(start_page.virt_address(), page_count.bytes());
46440fe15e0SLoGin         let mut flusher: PageFlushAll<MMArch> = PageFlushAll::new();
46540fe15e0SLoGin 
46640fe15e0SLoGin         let regions: Vec<Arc<LockedVMA>> = self.mappings.conflicts(to_unmap).collect::<Vec<_>>();
46740fe15e0SLoGin 
46840fe15e0SLoGin         for r in regions {
46940fe15e0SLoGin             let r = r.lock().region;
47040fe15e0SLoGin             let r = self.mappings.remove_vma(&r).unwrap();
47140fe15e0SLoGin             let intersection = r.lock().region().intersect(&to_unmap).unwrap();
472*56cc4dbeSJomo             let split_result = r.extract(intersection, &self.user_mapper.utable).unwrap();
47340fe15e0SLoGin 
47440fe15e0SLoGin             // TODO: 当引入后备页映射后,这里需要增加通知文件的逻辑
47540fe15e0SLoGin 
476b5b571e0SLoGin             if let Some(before) = split_result.prev {
47740fe15e0SLoGin                 // 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
47840fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(before);
47940fe15e0SLoGin             }
48040fe15e0SLoGin 
481b5b571e0SLoGin             if let Some(after) = split_result.after {
48240fe15e0SLoGin                 // 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
48340fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(after);
48440fe15e0SLoGin             }
48540fe15e0SLoGin 
48640fe15e0SLoGin             r.unmap(&mut self.user_mapper.utable, &mut flusher);
48740fe15e0SLoGin         }
48840fe15e0SLoGin 
48940fe15e0SLoGin         // TODO: 当引入后备页映射后,这里需要增加通知文件的逻辑
49040fe15e0SLoGin 
49140fe15e0SLoGin         return Ok(());
49240fe15e0SLoGin     }
49340fe15e0SLoGin 
49440fe15e0SLoGin     pub fn mprotect(
49540fe15e0SLoGin         &mut self,
49640fe15e0SLoGin         start_page: VirtPageFrame,
49740fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
49840fe15e0SLoGin         prot_flags: ProtFlags,
49940fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
50040fe15e0SLoGin         // kdebug!(
50140fe15e0SLoGin         //     "mprotect: start_page: {:?}, page_count: {:?}, prot_flags:{prot_flags:?}",
50240fe15e0SLoGin         //     start_page,
50340fe15e0SLoGin         //     page_count
50440fe15e0SLoGin         // );
50540fe15e0SLoGin         let (mut active, mut inactive);
50640fe15e0SLoGin         let mut flusher = if self.is_current() {
50740fe15e0SLoGin             active = PageFlushAll::new();
50840fe15e0SLoGin             &mut active as &mut dyn Flusher<MMArch>
50940fe15e0SLoGin         } else {
51040fe15e0SLoGin             inactive = InactiveFlusher::new();
51140fe15e0SLoGin             &mut inactive as &mut dyn Flusher<MMArch>
51240fe15e0SLoGin         };
51340fe15e0SLoGin 
51440fe15e0SLoGin         let mapper = &mut self.user_mapper.utable;
51540fe15e0SLoGin         let region = VirtRegion::new(start_page.virt_address(), page_count.bytes());
51640fe15e0SLoGin         // kdebug!("mprotect: region: {:?}", region);
51740fe15e0SLoGin 
51840fe15e0SLoGin         let regions = self.mappings.conflicts(region).collect::<Vec<_>>();
51940fe15e0SLoGin         // kdebug!("mprotect: regions: {:?}", regions);
52040fe15e0SLoGin 
52140fe15e0SLoGin         for r in regions {
52240fe15e0SLoGin             // kdebug!("mprotect: r: {:?}", r);
523b5b571e0SLoGin             let r = *r.lock().region();
52440fe15e0SLoGin             let r = self.mappings.remove_vma(&r).unwrap();
52540fe15e0SLoGin 
52640fe15e0SLoGin             let intersection = r.lock().region().intersect(&region).unwrap();
527*56cc4dbeSJomo             let split_result = r
528*56cc4dbeSJomo                 .extract(intersection, mapper)
529*56cc4dbeSJomo                 .expect("Failed to extract VMA");
53040fe15e0SLoGin 
531b5b571e0SLoGin             if let Some(before) = split_result.prev {
53240fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(before);
53340fe15e0SLoGin             }
534b5b571e0SLoGin             if let Some(after) = split_result.after {
53540fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(after);
53640fe15e0SLoGin             }
53740fe15e0SLoGin 
53840fe15e0SLoGin             let mut r_guard = r.lock();
53940fe15e0SLoGin             // 如果VMA的保护标志不允许指定的修改,则返回错误
54040fe15e0SLoGin             if !r_guard.can_have_flags(prot_flags) {
54140fe15e0SLoGin                 drop(r_guard);
54240fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(r.clone());
54340fe15e0SLoGin                 return Err(SystemError::EACCES);
54440fe15e0SLoGin             }
54540fe15e0SLoGin 
54640fe15e0SLoGin             let new_flags: PageFlags<MMArch> = r_guard
54740fe15e0SLoGin                 .flags()
54840fe15e0SLoGin                 .set_execute(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_EXEC))
54940fe15e0SLoGin                 .set_write(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_WRITE));
55040fe15e0SLoGin 
55140fe15e0SLoGin             r_guard.remap(new_flags, mapper, &mut flusher)?;
55240fe15e0SLoGin             drop(r_guard);
55340fe15e0SLoGin             self.mappings.insert_vma(r);
55440fe15e0SLoGin         }
55540fe15e0SLoGin 
55640fe15e0SLoGin         return Ok(());
55740fe15e0SLoGin     }
55840fe15e0SLoGin 
55940fe15e0SLoGin     /// 创建新的用户栈
56040fe15e0SLoGin     ///
56140fe15e0SLoGin     /// ## 参数
56240fe15e0SLoGin     ///
56340fe15e0SLoGin     /// - `size`:栈的大小
56440fe15e0SLoGin     pub fn new_user_stack(&mut self, size: usize) -> Result<(), SystemError> {
56540fe15e0SLoGin         assert!(self.user_stack.is_none(), "User stack already exists");
56640fe15e0SLoGin         let stack = UserStack::new(self, None, size)?;
56740fe15e0SLoGin         self.user_stack = Some(stack);
56840fe15e0SLoGin         return Ok(());
56940fe15e0SLoGin     }
57040fe15e0SLoGin 
57140fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
57240fe15e0SLoGin     pub fn user_stack_mut(&mut self) -> Option<&mut UserStack> {
57340fe15e0SLoGin         return self.user_stack.as_mut();
57440fe15e0SLoGin     }
57540fe15e0SLoGin 
57640fe15e0SLoGin     /// 取消用户空间内的所有映射
57740fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap_all(&mut self) {
57840fe15e0SLoGin         let mut flusher: PageFlushAll<MMArch> = PageFlushAll::new();
57940fe15e0SLoGin         for vma in self.mappings.iter_vmas() {
58040fe15e0SLoGin             vma.unmap(&mut self.user_mapper.utable, &mut flusher);
58140fe15e0SLoGin         }
58240fe15e0SLoGin     }
58340fe15e0SLoGin 
58440fe15e0SLoGin     /// 设置进程的堆的内存空间
58540fe15e0SLoGin     ///
58640fe15e0SLoGin     /// ## 参数
58740fe15e0SLoGin     ///
58840fe15e0SLoGin     /// - `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
58940fe15e0SLoGin     ///
59040fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
59140fe15e0SLoGin     ///
59240fe15e0SLoGin     /// 返回旧的堆的结束地址
59340fe15e0SLoGin     pub unsafe fn set_brk(&mut self, new_brk: VirtAddr) -> Result<VirtAddr, SystemError> {
59440fe15e0SLoGin         assert!(new_brk.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
59540fe15e0SLoGin 
59640fe15e0SLoGin         if !new_brk.check_user() || new_brk < self.brk_start {
59740fe15e0SLoGin             return Err(SystemError::EFAULT);
59840fe15e0SLoGin         }
59940fe15e0SLoGin 
60040fe15e0SLoGin         let old_brk = self.brk;
6011496ba7bSLoGin 
60240fe15e0SLoGin         if new_brk > self.brk {
60340fe15e0SLoGin             let len = new_brk - self.brk;
60440fe15e0SLoGin             let prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE | ProtFlags::PROT_EXEC;
60540fe15e0SLoGin             let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS | MapFlags::MAP_FIXED;
6061496ba7bSLoGin             self.map_anonymous(old_brk, len, prot_flags, map_flags, true)?;
6071496ba7bSLoGin 
60840fe15e0SLoGin             self.brk = new_brk;
60940fe15e0SLoGin             return Ok(old_brk);
61040fe15e0SLoGin         } else {
61140fe15e0SLoGin             let unmap_len = self.brk - new_brk;
61240fe15e0SLoGin             let unmap_start = new_brk;
61340fe15e0SLoGin             if unmap_len == 0 {
61440fe15e0SLoGin                 return Ok(old_brk);
61540fe15e0SLoGin             }
61640fe15e0SLoGin             self.munmap(
61740fe15e0SLoGin                 VirtPageFrame::new(unmap_start),
61840fe15e0SLoGin                 PageFrameCount::from_bytes(unmap_len).unwrap(),
61940fe15e0SLoGin             )?;
62040fe15e0SLoGin             self.brk = new_brk;
62140fe15e0SLoGin             return Ok(old_brk);
62240fe15e0SLoGin         }
62340fe15e0SLoGin     }
62440fe15e0SLoGin 
62540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn sbrk(&mut self, incr: isize) -> Result<VirtAddr, SystemError> {
62640fe15e0SLoGin         if incr == 0 {
62740fe15e0SLoGin             return Ok(self.brk);
62840fe15e0SLoGin         }
62940fe15e0SLoGin 
63040fe15e0SLoGin         let new_brk = if incr > 0 {
63140fe15e0SLoGin             self.brk + incr as usize
63240fe15e0SLoGin         } else {
633b5b571e0SLoGin             self.brk - incr.unsigned_abs()
63440fe15e0SLoGin         };
63540fe15e0SLoGin 
63640fe15e0SLoGin         let new_brk = VirtAddr::new(page_align_up(new_brk.data()));
63740fe15e0SLoGin 
63840fe15e0SLoGin         return self.set_brk(new_brk);
63940fe15e0SLoGin     }
64040fe15e0SLoGin }
64140fe15e0SLoGin 
64240fe15e0SLoGin impl Drop for InnerAddressSpace {
64340fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
64440fe15e0SLoGin         unsafe {
64540fe15e0SLoGin             self.unmap_all();
64640fe15e0SLoGin         }
64740fe15e0SLoGin     }
64840fe15e0SLoGin }
64940fe15e0SLoGin 
65040fe15e0SLoGin #[derive(Debug, Hash)]
65140fe15e0SLoGin pub struct UserMapper {
65240fe15e0SLoGin     pub utable: PageMapper,
65340fe15e0SLoGin }
65440fe15e0SLoGin 
65540fe15e0SLoGin impl UserMapper {
65640fe15e0SLoGin     pub fn new(utable: PageMapper) -> Self {
65740fe15e0SLoGin         return Self { utable };
65840fe15e0SLoGin     }
65940fe15e0SLoGin }
66040fe15e0SLoGin 
66140fe15e0SLoGin impl Drop for UserMapper {
66240fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
66340fe15e0SLoGin         if self.utable.is_current() {
66440fe15e0SLoGin             // 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
66540fe15e0SLoGin             unsafe { MMArch::set_table(PageTableKind::User, MMArch::initial_page_table()) }
66640fe15e0SLoGin         }
66740fe15e0SLoGin         // 释放用户空间顶层页表占用的页帧
66840fe15e0SLoGin         // 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
66940fe15e0SLoGin         unsafe {
67040fe15e0SLoGin             deallocate_page_frames(
67140fe15e0SLoGin                 PhysPageFrame::new(self.utable.table().phys()),
67240fe15e0SLoGin                 PageFrameCount::new(1),
673*56cc4dbeSJomo                 &mut page_manager_lock_irasave(),
67440fe15e0SLoGin             )
67540fe15e0SLoGin         };
67640fe15e0SLoGin     }
67740fe15e0SLoGin }
67840fe15e0SLoGin 
67940fe15e0SLoGin /// 用户空间映射信息
68040fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
68140fe15e0SLoGin pub struct UserMappings {
68240fe15e0SLoGin     /// 当前用户空间的虚拟内存区域
68340fe15e0SLoGin     vmas: HashSet<Arc<LockedVMA>>,
68440fe15e0SLoGin     /// 当前用户空间的VMA空洞
68540fe15e0SLoGin     vm_holes: BTreeMap<VirtAddr, usize>,
68640fe15e0SLoGin }
68740fe15e0SLoGin 
68840fe15e0SLoGin impl UserMappings {
68940fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
69040fe15e0SLoGin         return Self {
69140fe15e0SLoGin             vmas: HashSet::new(),
69240fe15e0SLoGin             vm_holes: core::iter::once((VirtAddr::new(0), MMArch::USER_END_VADDR.data()))
69340fe15e0SLoGin                 .collect::<BTreeMap<_, _>>(),
69440fe15e0SLoGin         };
69540fe15e0SLoGin     }
69640fe15e0SLoGin 
69740fe15e0SLoGin     /// 判断当前进程的VMA内,是否有包含指定的虚拟地址的VMA。
69840fe15e0SLoGin     ///
69940fe15e0SLoGin     /// 如果有,返回包含指定虚拟地址的VMA的Arc指针,否则返回None。
70040fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
70140fe15e0SLoGin     pub fn contains(&self, vaddr: VirtAddr) -> Option<Arc<LockedVMA>> {
70240fe15e0SLoGin         for v in self.vmas.iter() {
70340fe15e0SLoGin             let guard = v.lock();
70440fe15e0SLoGin             if guard.region.contains(vaddr) {
70540fe15e0SLoGin                 return Some(v.clone());
70640fe15e0SLoGin             }
70740fe15e0SLoGin         }
70840fe15e0SLoGin         return None;
70940fe15e0SLoGin     }
71040fe15e0SLoGin 
71140fe15e0SLoGin     /// 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。
71240fe15e0SLoGin     pub fn conflicts(&self, request: VirtRegion) -> impl Iterator<Item = Arc<LockedVMA>> + '_ {
71340fe15e0SLoGin         let r = self
71440fe15e0SLoGin             .vmas
71540fe15e0SLoGin             .iter()
716b5b571e0SLoGin             .filter(move |v| v.lock().region.intersect(&request).is_some())
71740fe15e0SLoGin             .cloned();
71840fe15e0SLoGin         return r;
71940fe15e0SLoGin     }
72040fe15e0SLoGin 
72140fe15e0SLoGin     /// 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。
72240fe15e0SLoGin     ///
72340fe15e0SLoGin     /// @param min_vaddr 最小的起始地址
72440fe15e0SLoGin     /// @param size 请求的大小
72540fe15e0SLoGin     ///
72640fe15e0SLoGin     /// @return 如果找到了,返回虚拟内存范围,否则返回None
72740fe15e0SLoGin     pub fn find_free(&self, min_vaddr: VirtAddr, size: usize) -> Option<VirtRegion> {
72840fe15e0SLoGin         let _vaddr = min_vaddr;
72940fe15e0SLoGin         let mut iter = self
73040fe15e0SLoGin             .vm_holes
73140fe15e0SLoGin             .iter()
73240fe15e0SLoGin             .skip_while(|(hole_vaddr, hole_size)| hole_vaddr.add(**hole_size) <= min_vaddr);
73340fe15e0SLoGin 
73440fe15e0SLoGin         let (hole_vaddr, size) = iter.find(|(hole_vaddr, hole_size)| {
73540fe15e0SLoGin             // 计算当前空洞的可用大小
73640fe15e0SLoGin             let available_size: usize =
73740fe15e0SLoGin                 if hole_vaddr <= &&min_vaddr && min_vaddr <= hole_vaddr.add(**hole_size) {
73840fe15e0SLoGin                     **hole_size - (min_vaddr - **hole_vaddr)
73940fe15e0SLoGin                 } else {
74040fe15e0SLoGin                     **hole_size
74140fe15e0SLoGin                 };
74240fe15e0SLoGin 
74340fe15e0SLoGin             size <= available_size
74440fe15e0SLoGin         })?;
74540fe15e0SLoGin 
74640fe15e0SLoGin         // 创建一个新的虚拟内存范围。
74740fe15e0SLoGin         let region = VirtRegion::new(cmp::max(*hole_vaddr, min_vaddr), *size);
7484cfa009bSJomo 
74940fe15e0SLoGin         return Some(region);
75040fe15e0SLoGin     }
75140fe15e0SLoGin 
75240fe15e0SLoGin     pub fn find_free_at(
75340fe15e0SLoGin         &self,
75440fe15e0SLoGin         min_vaddr: VirtAddr,
75540fe15e0SLoGin         vaddr: VirtAddr,
75640fe15e0SLoGin         size: usize,
75740fe15e0SLoGin         flags: MapFlags,
75840fe15e0SLoGin     ) -> Result<VirtRegion, SystemError> {
75940fe15e0SLoGin         // 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。
76040fe15e0SLoGin         if vaddr == VirtAddr::new(0) {
76140fe15e0SLoGin             return self.find_free(min_vaddr, size).ok_or(SystemError::ENOMEM);
76240fe15e0SLoGin         }
76340fe15e0SLoGin 
76440fe15e0SLoGin         // 如果指定了地址,那么就检查指定的地址是否可用。
76540fe15e0SLoGin 
76640fe15e0SLoGin         let requested = VirtRegion::new(vaddr, size);
76740fe15e0SLoGin 
76840fe15e0SLoGin         if requested.end() >= MMArch::USER_END_VADDR || !vaddr.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE) {
76940fe15e0SLoGin             return Err(SystemError::EINVAL);
77040fe15e0SLoGin         }
77140fe15e0SLoGin 
77240fe15e0SLoGin         if let Some(_x) = self.conflicts(requested).next() {
77340fe15e0SLoGin             if flags.contains(MapFlags::MAP_FIXED_NOREPLACE) {
77440fe15e0SLoGin                 // 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
77540fe15e0SLoGin                 return Err(SystemError::EEXIST);
77640fe15e0SLoGin             }
77740fe15e0SLoGin 
77840fe15e0SLoGin             if flags.contains(MapFlags::MAP_FIXED) {
77940fe15e0SLoGin                 // todo: 支持MAP_FIXED标志对已有的VMA进行覆盖
78040fe15e0SLoGin                 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
78140fe15e0SLoGin             }
78240fe15e0SLoGin 
78340fe15e0SLoGin             // 如果没有指定MAP_FIXED标志,那么就对地址做修正
78440fe15e0SLoGin             let requested = self.find_free(min_vaddr, size).ok_or(SystemError::ENOMEM)?;
78540fe15e0SLoGin             return Ok(requested);
78640fe15e0SLoGin         }
78740fe15e0SLoGin 
78840fe15e0SLoGin         return Ok(requested);
78940fe15e0SLoGin     }
79040fe15e0SLoGin 
79140fe15e0SLoGin     /// 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。
79240fe15e0SLoGin     /// 该函数会修改vm_holes中的空洞信息。
79340fe15e0SLoGin     ///
79440fe15e0SLoGin     /// @param region 要保留的区域
79540fe15e0SLoGin     ///
79640fe15e0SLoGin     /// 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。
79740fe15e0SLoGin     fn reserve_hole(&mut self, region: &VirtRegion) {
79840fe15e0SLoGin         let prev_hole: Option<(&VirtAddr, &mut usize)> =
799971462beSGnoCiYeH             self.vm_holes.range_mut(..=region.start()).next_back();
80040fe15e0SLoGin 
80140fe15e0SLoGin         if let Some((prev_hole_vaddr, prev_hole_size)) = prev_hole {
80240fe15e0SLoGin             let prev_hole_end = prev_hole_vaddr.add(*prev_hole_size);
80340fe15e0SLoGin 
80440fe15e0SLoGin             if prev_hole_end > region.start() {
80540fe15e0SLoGin                 // 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。
80640fe15e0SLoGin                 *prev_hole_size = region.start().data() - prev_hole_vaddr.data();
80740fe15e0SLoGin             }
80840fe15e0SLoGin 
80940fe15e0SLoGin             if prev_hole_end > region.end() {
81040fe15e0SLoGin                 // 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。
81140fe15e0SLoGin                 self.vm_holes
81240fe15e0SLoGin                     .insert(region.end(), prev_hole_end - region.end());
81340fe15e0SLoGin             }
81440fe15e0SLoGin         }
81540fe15e0SLoGin     }
81640fe15e0SLoGin 
81740fe15e0SLoGin     /// 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。
81840fe15e0SLoGin     /// 该函数会修改vm_holes中的空洞信息。
81940fe15e0SLoGin     fn unreserve_hole(&mut self, region: &VirtRegion) {
82040fe15e0SLoGin         // 如果将要插入的空洞与后一个空洞相邻,那么就需要合并。
82140fe15e0SLoGin         let next_hole_size: Option<usize> = self.vm_holes.remove(&region.end());
82240fe15e0SLoGin 
82340fe15e0SLoGin         if let Some((_prev_hole_vaddr, prev_hole_size)) = self
82440fe15e0SLoGin             .vm_holes
82540fe15e0SLoGin             .range_mut(..region.start())
82640fe15e0SLoGin             .next_back()
82740fe15e0SLoGin             .filter(|(offset, size)| offset.data() + **size == region.start().data())
82840fe15e0SLoGin         {
82940fe15e0SLoGin             *prev_hole_size += region.size() + next_hole_size.unwrap_or(0);
83040fe15e0SLoGin         } else {
83140fe15e0SLoGin             self.vm_holes
83240fe15e0SLoGin                 .insert(region.start(), region.size() + next_hole_size.unwrap_or(0));
83340fe15e0SLoGin         }
83440fe15e0SLoGin     }
83540fe15e0SLoGin 
83640fe15e0SLoGin     /// 在当前进程的映射关系中,插入一个新的VMA。
83740fe15e0SLoGin     pub fn insert_vma(&mut self, vma: Arc<LockedVMA>) {
838b5b571e0SLoGin         let region = vma.lock().region;
83940fe15e0SLoGin         // 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。
84040fe15e0SLoGin         assert!(self.conflicts(region).next().is_none());
84140fe15e0SLoGin         self.reserve_hole(&region);
84240fe15e0SLoGin 
84340fe15e0SLoGin         self.vmas.insert(vma);
84440fe15e0SLoGin     }
84540fe15e0SLoGin 
84640fe15e0SLoGin     /// @brief 删除一个VMA,并把对应的地址空间加入空洞中。
84740fe15e0SLoGin     ///
84840fe15e0SLoGin     /// 这里不会取消VMA对应的地址的映射
84940fe15e0SLoGin     ///
85040fe15e0SLoGin     /// @param region 要删除的VMA所在的地址范围
85140fe15e0SLoGin     ///
85240fe15e0SLoGin     /// @return 如果成功删除了VMA,则返回被删除的VMA,否则返回None
85340fe15e0SLoGin     /// 如果没有可以删除的VMA,则不会执行删除操作,并报告失败。
85440fe15e0SLoGin     pub fn remove_vma(&mut self, region: &VirtRegion) -> Option<Arc<LockedVMA>> {
85540fe15e0SLoGin         // 请注意,由于这里会对每个VMA加锁,因此性能很低
85640fe15e0SLoGin         let vma: Arc<LockedVMA> = self
85740fe15e0SLoGin             .vmas
85840fe15e0SLoGin             .drain_filter(|vma| vma.lock().region == *region)
85940fe15e0SLoGin             .next()?;
86040fe15e0SLoGin         self.unreserve_hole(region);
86140fe15e0SLoGin 
86240fe15e0SLoGin         return Some(vma);
86340fe15e0SLoGin     }
86440fe15e0SLoGin 
86540fe15e0SLoGin     /// @brief Get the iterator of all VMAs in this process.
86640fe15e0SLoGin     pub fn iter_vmas(&self) -> hashbrown::hash_set::Iter<Arc<LockedVMA>> {
86740fe15e0SLoGin         return self.vmas.iter();
86840fe15e0SLoGin     }
86940fe15e0SLoGin }
87040fe15e0SLoGin 
87140fe15e0SLoGin impl Default for UserMappings {
87240fe15e0SLoGin     fn default() -> Self {
87340fe15e0SLoGin         return Self::new();
87440fe15e0SLoGin     }
87540fe15e0SLoGin }
87640fe15e0SLoGin 
87740fe15e0SLoGin /// 加了锁的VMA
87840fe15e0SLoGin ///
87940fe15e0SLoGin /// 备注:进行性能测试,看看SpinLock和RwLock哪个更快。
88040fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
881*56cc4dbeSJomo pub struct LockedVMA {
882*56cc4dbeSJomo     /// 用于计算哈希值,避免总是获取vma锁来计算哈希值
883*56cc4dbeSJomo     id: usize,
884*56cc4dbeSJomo     vma: SpinLock<VMA>,
885*56cc4dbeSJomo }
88640fe15e0SLoGin 
88740fe15e0SLoGin impl core::hash::Hash for LockedVMA {
88840fe15e0SLoGin     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
889*56cc4dbeSJomo         self.id.hash(state);
89040fe15e0SLoGin     }
89140fe15e0SLoGin }
89240fe15e0SLoGin 
89340fe15e0SLoGin impl PartialEq for LockedVMA {
89440fe15e0SLoGin     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
895*56cc4dbeSJomo         self.id.eq(&other.id)
89640fe15e0SLoGin     }
89740fe15e0SLoGin }
89840fe15e0SLoGin 
89940fe15e0SLoGin impl Eq for LockedVMA {}
90040fe15e0SLoGin 
90140fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
90240fe15e0SLoGin impl LockedVMA {
90340fe15e0SLoGin     pub fn new(vma: VMA) -> Arc<Self> {
904*56cc4dbeSJomo         let r = Arc::new(Self {
905*56cc4dbeSJomo             id: LOCKEDVMA_ID_ALLOCATOR.alloc().unwrap(),
906*56cc4dbeSJomo             vma: SpinLock::new(vma),
907*56cc4dbeSJomo         });
908*56cc4dbeSJomo         r.vma.lock().self_ref = Arc::downgrade(&r);
90940fe15e0SLoGin         return r;
91040fe15e0SLoGin     }
91140fe15e0SLoGin 
91240fe15e0SLoGin     pub fn lock(&self) -> SpinLockGuard<VMA> {
913*56cc4dbeSJomo         return self.vma.lock();
91440fe15e0SLoGin     }
91540fe15e0SLoGin 
91640fe15e0SLoGin     /// 调整当前VMA的页面的标志位
91740fe15e0SLoGin     ///
91840fe15e0SLoGin     /// TODO:增加调整虚拟页映射的物理地址的功能
91940fe15e0SLoGin     ///
92040fe15e0SLoGin     /// @param flags 新的标志位
92140fe15e0SLoGin     /// @param mapper 页表映射器
92240fe15e0SLoGin     /// @param flusher 页表项刷新器
92340fe15e0SLoGin     ///
92440fe15e0SLoGin     pub fn remap(
92540fe15e0SLoGin         &self,
92640fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<MMArch>,
92740fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
92840fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
92940fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
93040fe15e0SLoGin         let mut guard = self.lock();
93140fe15e0SLoGin         assert!(guard.mapped);
93240fe15e0SLoGin         for page in guard.region.pages() {
93340fe15e0SLoGin             // 暂时要求所有的页帧都已经映射到页表
93440fe15e0SLoGin             // 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
93540fe15e0SLoGin             let r = unsafe {
93640fe15e0SLoGin                 mapper
93740fe15e0SLoGin                     .remap(page.virt_address(), flags)
93840fe15e0SLoGin                     .expect("Failed to remap, beacuse of some page is not mapped")
93940fe15e0SLoGin             };
94040fe15e0SLoGin             flusher.consume(r);
94140fe15e0SLoGin         }
94240fe15e0SLoGin         guard.flags = flags;
94340fe15e0SLoGin         return Ok(());
94440fe15e0SLoGin     }
94540fe15e0SLoGin 
94640fe15e0SLoGin     pub fn unmap(&self, mapper: &mut PageMapper, mut flusher: impl Flusher<MMArch>) {
9471a62e776SLoGin         // todo: 如果当前vma与文件相关,完善文件相关的逻辑
9481a62e776SLoGin 
94940fe15e0SLoGin         let mut guard = self.lock();
95040fe15e0SLoGin         assert!(guard.mapped);
951*56cc4dbeSJomo 
952*56cc4dbeSJomo         // 获取物理页的anon_vma的守卫
953*56cc4dbeSJomo         let mut anon_vma_guard: SpinLockGuard<'_, crate::mm::page::PageManager> =
954*56cc4dbeSJomo             page_manager_lock_irasave();
95540fe15e0SLoGin         for page in guard.region.pages() {
95640fe15e0SLoGin             let (paddr, _, flush) = unsafe { mapper.unmap_phys(page.virt_address(), true) }
95740fe15e0SLoGin                 .expect("Failed to unmap, beacuse of some page is not mapped");
95840fe15e0SLoGin 
959*56cc4dbeSJomo             // 从anon_vma中删除当前VMA
960*56cc4dbeSJomo             let page = anon_vma_guard.get_mut(&paddr);
961*56cc4dbeSJomo             page.remove_vma(self);
96240fe15e0SLoGin 
963*56cc4dbeSJomo             // 如果物理页的anon_vma链表长度为0并且不是共享页,则释放物理页.
964*56cc4dbeSJomo             if page.can_deallocate() {
965*56cc4dbeSJomo                 unsafe {
966*56cc4dbeSJomo                     deallocate_page_frames(
967*56cc4dbeSJomo                         PhysPageFrame::new(paddr),
968*56cc4dbeSJomo                         PageFrameCount::new(1),
969*56cc4dbeSJomo                         &mut anon_vma_guard,
970*56cc4dbeSJomo                     )
971*56cc4dbeSJomo                 };
972*56cc4dbeSJomo             }
97340fe15e0SLoGin 
97440fe15e0SLoGin             flusher.consume(flush);
97540fe15e0SLoGin         }
97640fe15e0SLoGin         guard.mapped = false;
97740fe15e0SLoGin     }
97840fe15e0SLoGin 
97940fe15e0SLoGin     pub fn mapped(&self) -> bool {
980*56cc4dbeSJomo         return self.vma.lock().mapped;
98140fe15e0SLoGin     }
98240fe15e0SLoGin 
98340fe15e0SLoGin     /// 将当前VMA进行切分,切分成3个VMA,分别是:
98440fe15e0SLoGin     ///
98540fe15e0SLoGin     /// 1. 前面的VMA,如果没有则为None
98640fe15e0SLoGin     /// 2. 中间的VMA,也就是传入的Region
98740fe15e0SLoGin     /// 3. 后面的VMA,如果没有则为None
988*56cc4dbeSJomo     pub fn extract(&self, region: VirtRegion, utable: &PageMapper) -> Option<VMASplitResult> {
98940fe15e0SLoGin         assert!(region.start().check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
99040fe15e0SLoGin         assert!(region.end().check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
99140fe15e0SLoGin 
99240fe15e0SLoGin         let mut guard = self.lock();
99340fe15e0SLoGin         {
99440fe15e0SLoGin             // 如果传入的region不在当前VMA的范围内,则直接返回None
99540fe15e0SLoGin             if unlikely(region.start() < guard.region.start() || region.end() > guard.region.end())
99640fe15e0SLoGin             {
99740fe15e0SLoGin                 return None;
99840fe15e0SLoGin             }
99940fe15e0SLoGin 
100040fe15e0SLoGin             let intersect: Option<VirtRegion> = guard.region.intersect(&region);
100140fe15e0SLoGin             // 如果当前VMA不包含region,则直接返回None
100240fe15e0SLoGin             if unlikely(intersect.is_none()) {
100340fe15e0SLoGin                 return None;
100440fe15e0SLoGin             }
100540fe15e0SLoGin             let intersect: VirtRegion = intersect.unwrap();
100640fe15e0SLoGin             if unlikely(intersect == guard.region) {
100740fe15e0SLoGin                 // 如果当前VMA完全包含region,则直接返回当前VMA
1008b5b571e0SLoGin                 return Some(VMASplitResult::new(
1009b5b571e0SLoGin                     None,
1010b5b571e0SLoGin                     guard.self_ref.upgrade().unwrap(),
1011b5b571e0SLoGin                     None,
1012b5b571e0SLoGin                 ));
101340fe15e0SLoGin             }
101440fe15e0SLoGin         }
101540fe15e0SLoGin 
101640fe15e0SLoGin         let before: Option<Arc<LockedVMA>> = guard.region.before(&region).map(|virt_region| {
101740fe15e0SLoGin             let mut vma: VMA = unsafe { guard.clone() };
101840fe15e0SLoGin             vma.region = virt_region;
101940fe15e0SLoGin 
102040fe15e0SLoGin             let vma: Arc<LockedVMA> = LockedVMA::new(vma);
102140fe15e0SLoGin             vma
102240fe15e0SLoGin         });
102340fe15e0SLoGin 
102440fe15e0SLoGin         let after: Option<Arc<LockedVMA>> = guard.region.after(&region).map(|virt_region| {
102540fe15e0SLoGin             let mut vma: VMA = unsafe { guard.clone() };
102640fe15e0SLoGin             vma.region = virt_region;
102740fe15e0SLoGin 
102840fe15e0SLoGin             let vma: Arc<LockedVMA> = LockedVMA::new(vma);
102940fe15e0SLoGin             vma
103040fe15e0SLoGin         });
103140fe15e0SLoGin 
1032*56cc4dbeSJomo         // 重新设置before、after这两个VMA里面的物理页的anon_vma
1033*56cc4dbeSJomo         let mut anon_vma_guard = page_manager_lock_irasave();
1034*56cc4dbeSJomo         if let Some(before) = before.clone() {
1035*56cc4dbeSJomo             let virt_iter = before.lock().region.iter_pages();
1036*56cc4dbeSJomo             for frame in virt_iter {
1037*56cc4dbeSJomo                 let paddr = utable.translate(frame.virt_address()).unwrap().0;
1038*56cc4dbeSJomo                 let page = anon_vma_guard.get_mut(&paddr);
1039*56cc4dbeSJomo                 page.insert_vma(before.clone());
1040*56cc4dbeSJomo                 page.remove_vma(self);
1041*56cc4dbeSJomo             }
1042*56cc4dbeSJomo         }
104340fe15e0SLoGin 
1044*56cc4dbeSJomo         if let Some(after) = after.clone() {
1045*56cc4dbeSJomo             let virt_iter = after.lock().region.iter_pages();
1046*56cc4dbeSJomo             for frame in virt_iter {
1047*56cc4dbeSJomo                 let paddr = utable.translate(frame.virt_address()).unwrap().0;
1048*56cc4dbeSJomo                 let page = anon_vma_guard.get_mut(&paddr);
1049*56cc4dbeSJomo                 page.insert_vma(after.clone());
1050*56cc4dbeSJomo                 page.remove_vma(self);
1051*56cc4dbeSJomo             }
1052*56cc4dbeSJomo         }
1053*56cc4dbeSJomo 
1054*56cc4dbeSJomo         guard.region = region;
105540fe15e0SLoGin 
1056b5b571e0SLoGin         return Some(VMASplitResult::new(
1057b5b571e0SLoGin             before,
1058b5b571e0SLoGin             guard.self_ref.upgrade().unwrap(),
1059b5b571e0SLoGin             after,
1060b5b571e0SLoGin         ));
1061b5b571e0SLoGin     }
1062b5b571e0SLoGin }
1063b5b571e0SLoGin 
1064*56cc4dbeSJomo impl Drop for LockedVMA {
1065*56cc4dbeSJomo     fn drop(&mut self) {
1066*56cc4dbeSJomo         LOCKEDVMA_ID_ALLOCATOR.free(self.id);
1067*56cc4dbeSJomo     }
1068*56cc4dbeSJomo }
1069*56cc4dbeSJomo 
1070b5b571e0SLoGin /// VMA切分结果
1071b5b571e0SLoGin pub struct VMASplitResult {
1072b5b571e0SLoGin     pub prev: Option<Arc<LockedVMA>>,
1073b5b571e0SLoGin     pub middle: Arc<LockedVMA>,
1074b5b571e0SLoGin     pub after: Option<Arc<LockedVMA>>,
1075b5b571e0SLoGin }
1076b5b571e0SLoGin 
1077b5b571e0SLoGin impl VMASplitResult {
1078b5b571e0SLoGin     pub fn new(
1079b5b571e0SLoGin         prev: Option<Arc<LockedVMA>>,
1080b5b571e0SLoGin         middle: Arc<LockedVMA>,
1081b5b571e0SLoGin         post: Option<Arc<LockedVMA>>,
1082b5b571e0SLoGin     ) -> Self {
1083b5b571e0SLoGin         Self {
1084b5b571e0SLoGin             prev,
1085b5b571e0SLoGin             middle,
1086b5b571e0SLoGin             after: post,
1087b5b571e0SLoGin         }
108840fe15e0SLoGin     }
108940fe15e0SLoGin }
109040fe15e0SLoGin 
109140fe15e0SLoGin /// @brief 虚拟内存区域
109240fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
109340fe15e0SLoGin pub struct VMA {
109440fe15e0SLoGin     /// 虚拟内存区域对应的虚拟地址范围
109540fe15e0SLoGin     region: VirtRegion,
10964cfa009bSJomo     /// 虚拟内存区域标志
10974cfa009bSJomo     vm_flags: VmFlags,
109840fe15e0SLoGin     /// VMA内的页帧的标志
109940fe15e0SLoGin     flags: PageFlags<MMArch>,
110040fe15e0SLoGin     /// VMA内的页帧是否已经映射到页表
110140fe15e0SLoGin     mapped: bool,
110240fe15e0SLoGin     /// VMA所属的用户地址空间
110340fe15e0SLoGin     user_address_space: Option<Weak<AddressSpace>>,
110440fe15e0SLoGin     self_ref: Weak<LockedVMA>,
1105971462beSGnoCiYeH 
1106971462beSGnoCiYeH     provider: Provider,
110740fe15e0SLoGin }
110840fe15e0SLoGin 
110940fe15e0SLoGin impl core::hash::Hash for VMA {
111040fe15e0SLoGin     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
111140fe15e0SLoGin         self.region.hash(state);
111240fe15e0SLoGin         self.flags.hash(state);
111340fe15e0SLoGin         self.mapped.hash(state);
111440fe15e0SLoGin     }
111540fe15e0SLoGin }
111640fe15e0SLoGin 
1117971462beSGnoCiYeH /// 描述不同类型的内存提供者或资源
1118971462beSGnoCiYeH #[derive(Debug)]
1119971462beSGnoCiYeH pub enum Provider {
1120971462beSGnoCiYeH     Allocated, // TODO:其他
1121971462beSGnoCiYeH }
1122971462beSGnoCiYeH 
112340fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
112440fe15e0SLoGin impl VMA {
11254cfa009bSJomo     pub fn new(
11264cfa009bSJomo         region: VirtRegion,
11274cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
11284cfa009bSJomo         flags: PageFlags<MMArch>,
11294cfa009bSJomo         mapped: bool,
11304cfa009bSJomo     ) -> Self {
11314cfa009bSJomo         VMA {
11324cfa009bSJomo             region,
11334cfa009bSJomo             vm_flags,
11344cfa009bSJomo             flags,
11354cfa009bSJomo             mapped,
11364cfa009bSJomo             user_address_space: None,
11374cfa009bSJomo             self_ref: Weak::default(),
11384cfa009bSJomo             provider: Provider::Allocated,
11394cfa009bSJomo         }
11404cfa009bSJomo     }
11414cfa009bSJomo 
114240fe15e0SLoGin     pub fn region(&self) -> &VirtRegion {
114340fe15e0SLoGin         return &self.region;
114440fe15e0SLoGin     }
114540fe15e0SLoGin 
11464cfa009bSJomo     pub fn vm_flags(&self) -> &VmFlags {
11474cfa009bSJomo         return &self.vm_flags;
11484cfa009bSJomo     }
11494cfa009bSJomo 
11504cfa009bSJomo     pub fn set_vm_flags(&mut self, vm_flags: VmFlags) {
11514cfa009bSJomo         self.vm_flags = vm_flags;
11524cfa009bSJomo     }
11534cfa009bSJomo 
11544cfa009bSJomo     pub fn set_region_size(&mut self, new_region_size: usize) {
11554cfa009bSJomo         self.region.set_size(new_region_size);
11564cfa009bSJomo     }
11574cfa009bSJomo 
115840fe15e0SLoGin     /// # 拷贝当前VMA的内容
115940fe15e0SLoGin     ///
116040fe15e0SLoGin     /// ### 安全性
116140fe15e0SLoGin     ///
116240fe15e0SLoGin     /// 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。
116340fe15e0SLoGin     pub unsafe fn clone(&self) -> Self {
116440fe15e0SLoGin         return Self {
116540fe15e0SLoGin             region: self.region,
11664cfa009bSJomo             vm_flags: self.vm_flags,
116740fe15e0SLoGin             flags: self.flags,
116840fe15e0SLoGin             mapped: self.mapped,
116940fe15e0SLoGin             user_address_space: self.user_address_space.clone(),
117040fe15e0SLoGin             self_ref: self.self_ref.clone(),
1171971462beSGnoCiYeH             provider: Provider::Allocated,
117240fe15e0SLoGin         };
117340fe15e0SLoGin     }
117440fe15e0SLoGin 
117540fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
117640fe15e0SLoGin     pub fn flags(&self) -> PageFlags<MMArch> {
117740fe15e0SLoGin         return self.flags;
117840fe15e0SLoGin     }
117940fe15e0SLoGin 
118040fe15e0SLoGin     pub fn pages(&self) -> VirtPageFrameIter {
118140fe15e0SLoGin         return VirtPageFrameIter::new(
118240fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(self.region.start()),
118340fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(self.region.end()),
118440fe15e0SLoGin         );
118540fe15e0SLoGin     }
118640fe15e0SLoGin 
118740fe15e0SLoGin     pub fn remap(
118840fe15e0SLoGin         &mut self,
118940fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<MMArch>,
119040fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
119140fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
119240fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
119340fe15e0SLoGin         assert!(self.mapped);
119440fe15e0SLoGin         for page in self.region.pages() {
119540fe15e0SLoGin             // kdebug!("remap page {:?}", page.virt_address());
119640fe15e0SLoGin             // 暂时要求所有的页帧都已经映射到页表
119740fe15e0SLoGin             // 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
119840fe15e0SLoGin             let r = unsafe {
119940fe15e0SLoGin                 mapper
120040fe15e0SLoGin                     .remap(page.virt_address(), flags)
120140fe15e0SLoGin                     .expect("Failed to remap, beacuse of some page is not mapped")
120240fe15e0SLoGin             };
120340fe15e0SLoGin             // kdebug!("consume page {:?}", page.virt_address());
120440fe15e0SLoGin             flusher.consume(r);
120540fe15e0SLoGin             // kdebug!("remap page {:?} done", page.virt_address());
120640fe15e0SLoGin         }
120740fe15e0SLoGin         self.flags = flags;
120840fe15e0SLoGin         return Ok(());
120940fe15e0SLoGin     }
121040fe15e0SLoGin 
121140fe15e0SLoGin     /// 检查当前VMA是否可以拥有指定的标志位
121240fe15e0SLoGin     ///
121340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
121440fe15e0SLoGin     ///
121540fe15e0SLoGin     /// - `prot_flags` 要检查的标志位
121640fe15e0SLoGin     pub fn can_have_flags(&self, prot_flags: ProtFlags) -> bool {
1217971462beSGnoCiYeH         let is_downgrade = (self.flags.has_write() || !prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_WRITE))
121840fe15e0SLoGin             && (self.flags.has_execute() || !prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_EXEC));
1219971462beSGnoCiYeH 
1220971462beSGnoCiYeH         match self.provider {
1221971462beSGnoCiYeH             Provider::Allocated { .. } => true,
1222971462beSGnoCiYeH 
1223971462beSGnoCiYeH             #[allow(unreachable_patterns)]
1224971462beSGnoCiYeH             _ => is_downgrade,
1225971462beSGnoCiYeH         }
122640fe15e0SLoGin     }
122740fe15e0SLoGin 
122840fe15e0SLoGin     /// 把物理地址映射到虚拟地址
122940fe15e0SLoGin     ///
123040fe15e0SLoGin     /// @param phys 要映射的物理地址
123140fe15e0SLoGin     /// @param destination 要映射到的虚拟地址
123240fe15e0SLoGin     /// @param count 要映射的页帧数量
123340fe15e0SLoGin     /// @param flags 页面标志位
123440fe15e0SLoGin     /// @param mapper 页表映射器
123540fe15e0SLoGin     /// @param flusher 页表项刷新器
123640fe15e0SLoGin     ///
123740fe15e0SLoGin     /// @return 返回映射后的虚拟内存区域
123840fe15e0SLoGin     pub fn physmap(
123940fe15e0SLoGin         phys: PhysPageFrame,
124040fe15e0SLoGin         destination: VirtPageFrame,
124140fe15e0SLoGin         count: PageFrameCount,
12424cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
124340fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<MMArch>,
124440fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
124540fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
124640fe15e0SLoGin     ) -> Result<Arc<LockedVMA>, SystemError> {
124740fe15e0SLoGin         let mut cur_phy = phys;
124840fe15e0SLoGin         let mut cur_dest = destination;
124940fe15e0SLoGin 
125040fe15e0SLoGin         for _ in 0..count.data() {
125140fe15e0SLoGin             // 将物理页帧映射到虚拟页帧
1252*56cc4dbeSJomo             let r =
1253*56cc4dbeSJomo                 unsafe { mapper.map_phys(cur_dest.virt_address(), cur_phy.phys_address(), flags) }
125440fe15e0SLoGin                     .expect("Failed to map phys, may be OOM error");
125540fe15e0SLoGin 
125640fe15e0SLoGin             // todo: 增加OOM处理
125740fe15e0SLoGin 
125840fe15e0SLoGin             // 刷新TLB
125940fe15e0SLoGin             flusher.consume(r);
126040fe15e0SLoGin 
126140fe15e0SLoGin             cur_phy = cur_phy.next();
126240fe15e0SLoGin             cur_dest = cur_dest.next();
126340fe15e0SLoGin         }
126440fe15e0SLoGin 
126540fe15e0SLoGin         let r: Arc<LockedVMA> = LockedVMA::new(VMA {
126640fe15e0SLoGin             region: VirtRegion::new(destination.virt_address(), count.data() * MMArch::PAGE_SIZE),
12674cfa009bSJomo             vm_flags,
126840fe15e0SLoGin             flags,
126940fe15e0SLoGin             mapped: true,
127040fe15e0SLoGin             user_address_space: None,
127140fe15e0SLoGin             self_ref: Weak::default(),
1272971462beSGnoCiYeH             provider: Provider::Allocated,
127340fe15e0SLoGin         });
1274*56cc4dbeSJomo 
1275*56cc4dbeSJomo         // 将VMA加入到anon_vma中
1276*56cc4dbeSJomo         let mut anon_vma_guard = page_manager_lock_irasave();
1277*56cc4dbeSJomo         cur_phy = phys;
1278*56cc4dbeSJomo         for _ in 0..count.data() {
1279*56cc4dbeSJomo             let paddr = cur_phy.phys_address();
1280*56cc4dbeSJomo             let page = anon_vma_guard.get_mut(&paddr);
1281*56cc4dbeSJomo             page.insert_vma(r.clone());
1282*56cc4dbeSJomo             cur_phy = cur_phy.next();
1283*56cc4dbeSJomo         }
1284*56cc4dbeSJomo 
128540fe15e0SLoGin         return Ok(r);
128640fe15e0SLoGin     }
128740fe15e0SLoGin 
128840fe15e0SLoGin     /// 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
128940fe15e0SLoGin     ///
129040fe15e0SLoGin     /// @param destination 要映射到的虚拟地址
129140fe15e0SLoGin     /// @param count 要映射的页帧数量
129240fe15e0SLoGin     /// @param flags 页面标志位
129340fe15e0SLoGin     /// @param mapper 页表映射器
129440fe15e0SLoGin     /// @param flusher 页表项刷新器
129540fe15e0SLoGin     ///
129640fe15e0SLoGin     /// @return 返回映射后的虚拟内存区域
129740fe15e0SLoGin     pub fn zeroed(
129840fe15e0SLoGin         destination: VirtPageFrame,
129940fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
13004cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
130140fe15e0SLoGin         flags: PageFlags<MMArch>,
130240fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
130340fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
130440fe15e0SLoGin     ) -> Result<Arc<LockedVMA>, SystemError> {
130540fe15e0SLoGin         let mut cur_dest: VirtPageFrame = destination;
130640fe15e0SLoGin         // kdebug!(
130740fe15e0SLoGin         //     "VMA::zeroed: page_count = {:?}, destination={destination:?}",
130840fe15e0SLoGin         //     page_count
130940fe15e0SLoGin         // );
131040fe15e0SLoGin         for _ in 0..page_count.data() {
131140fe15e0SLoGin             // kdebug!(
131240fe15e0SLoGin             //     "VMA::zeroed: cur_dest={cur_dest:?}, vaddr = {:?}",
131340fe15e0SLoGin             //     cur_dest.virt_address()
131440fe15e0SLoGin             // );
131540fe15e0SLoGin             let r = unsafe { mapper.map(cur_dest.virt_address(), flags) }
131640fe15e0SLoGin                 .expect("Failed to map zero, may be OOM error");
131740fe15e0SLoGin             // todo: 增加OOM处理
131840fe15e0SLoGin 
131940fe15e0SLoGin             // 稍后再刷新TLB,这里取消刷新
132040fe15e0SLoGin             flusher.consume(r);
132140fe15e0SLoGin             cur_dest = cur_dest.next();
132240fe15e0SLoGin         }
132340fe15e0SLoGin         let r = LockedVMA::new(VMA {
132440fe15e0SLoGin             region: VirtRegion::new(
132540fe15e0SLoGin                 destination.virt_address(),
132640fe15e0SLoGin                 page_count.data() * MMArch::PAGE_SIZE,
132740fe15e0SLoGin             ),
13284cfa009bSJomo             vm_flags,
132940fe15e0SLoGin             flags,
133040fe15e0SLoGin             mapped: true,
133140fe15e0SLoGin             user_address_space: None,
133240fe15e0SLoGin             self_ref: Weak::default(),
1333971462beSGnoCiYeH             provider: Provider::Allocated,
133440fe15e0SLoGin         });
133540fe15e0SLoGin         drop(flusher);
133640fe15e0SLoGin         // kdebug!("VMA::zeroed: flusher dropped");
133740fe15e0SLoGin 
1338*56cc4dbeSJomo         // 清空这些内存并将VMA加入到anon_vma中
1339*56cc4dbeSJomo         let mut anon_vma_guard = page_manager_lock_irasave();
13409550910aSChiichen         let virt_iter: VirtPageFrameIter =
13419550910aSChiichen             VirtPageFrameIter::new(destination, destination.add(page_count));
134240fe15e0SLoGin         for frame in virt_iter {
134340fe15e0SLoGin             let paddr = mapper.translate(frame.virt_address()).unwrap().0;
134440fe15e0SLoGin 
1345*56cc4dbeSJomo             // 将VMA加入到anon_vma
1346*56cc4dbeSJomo             let page = anon_vma_guard.get_mut(&paddr);
1347*56cc4dbeSJomo             page.insert_vma(r.clone());
1348*56cc4dbeSJomo 
1349*56cc4dbeSJomo             // 清空内存
135040fe15e0SLoGin             unsafe {
135140fe15e0SLoGin                 let vaddr = MMArch::phys_2_virt(paddr).unwrap();
135240fe15e0SLoGin                 MMArch::write_bytes(vaddr, 0, MMArch::PAGE_SIZE);
135340fe15e0SLoGin             }
135440fe15e0SLoGin         }
135540fe15e0SLoGin         // kdebug!("VMA::zeroed: done");
135640fe15e0SLoGin         return Ok(r);
135740fe15e0SLoGin     }
135840fe15e0SLoGin }
135940fe15e0SLoGin 
136040fe15e0SLoGin impl Drop for VMA {
136140fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
136240fe15e0SLoGin         // 当VMA被释放时,需要确保它已经被从页表中解除映射
136340fe15e0SLoGin         assert!(!self.mapped, "VMA is still mapped");
136440fe15e0SLoGin     }
136540fe15e0SLoGin }
136640fe15e0SLoGin 
136740fe15e0SLoGin impl PartialEq for VMA {
136840fe15e0SLoGin     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
136940fe15e0SLoGin         return self.region == other.region;
137040fe15e0SLoGin     }
137140fe15e0SLoGin }
137240fe15e0SLoGin 
137340fe15e0SLoGin impl Eq for VMA {}
137440fe15e0SLoGin 
137540fe15e0SLoGin impl PartialOrd for VMA {
137640fe15e0SLoGin     fn partial_cmp(&self, other: &Self) -> Option<cmp::Ordering> {
1377b5b571e0SLoGin         Some(self.cmp(other))
137840fe15e0SLoGin     }
137940fe15e0SLoGin }
138040fe15e0SLoGin 
138140fe15e0SLoGin impl Ord for VMA {
138240fe15e0SLoGin     fn cmp(&self, other: &Self) -> cmp::Ordering {
138340fe15e0SLoGin         return self.region.cmp(&other.region);
138440fe15e0SLoGin     }
138540fe15e0SLoGin }
138640fe15e0SLoGin 
138740fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
138840fe15e0SLoGin pub struct UserStack {
138940fe15e0SLoGin     // 栈底地址
139040fe15e0SLoGin     stack_bottom: VirtAddr,
139140fe15e0SLoGin     // 当前已映射的大小
139240fe15e0SLoGin     mapped_size: usize,
139340fe15e0SLoGin     /// 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!)
139440fe15e0SLoGin     current_sp: VirtAddr,
139540fe15e0SLoGin }
139640fe15e0SLoGin 
139740fe15e0SLoGin impl UserStack {
139840fe15e0SLoGin     /// 默认的用户栈底地址
139940fe15e0SLoGin     pub const DEFAULT_USER_STACK_BOTTOM: VirtAddr = MMArch::USER_STACK_START;
140040fe15e0SLoGin     /// 默认的用户栈大小为8MB
140140fe15e0SLoGin     pub const DEFAULT_USER_STACK_SIZE: usize = 8 * 1024 * 1024;
140240fe15e0SLoGin     /// 用户栈的保护页数量
140340fe15e0SLoGin     pub const GUARD_PAGES_NUM: usize = 4;
140440fe15e0SLoGin 
140540fe15e0SLoGin     /// 创建一个用户栈
140640fe15e0SLoGin     pub fn new(
140740fe15e0SLoGin         vm: &mut InnerAddressSpace,
140840fe15e0SLoGin         stack_bottom: Option<VirtAddr>,
140940fe15e0SLoGin         stack_size: usize,
141040fe15e0SLoGin     ) -> Result<Self, SystemError> {
141140fe15e0SLoGin         let stack_bottom = stack_bottom.unwrap_or(Self::DEFAULT_USER_STACK_BOTTOM);
141240fe15e0SLoGin         assert!(stack_bottom.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
141340fe15e0SLoGin 
141440fe15e0SLoGin         // 分配用户栈的保护页
141540fe15e0SLoGin         let guard_size = Self::GUARD_PAGES_NUM * MMArch::PAGE_SIZE;
141640fe15e0SLoGin         let actual_stack_bottom = stack_bottom - guard_size;
141740fe15e0SLoGin 
141840fe15e0SLoGin         let mut prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE;
141940fe15e0SLoGin         let map_flags =
142040fe15e0SLoGin             MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS | MapFlags::MAP_FIXED_NOREPLACE;
142140fe15e0SLoGin         // kdebug!(
142240fe15e0SLoGin         //     "map anonymous stack: {:?} {}",
142340fe15e0SLoGin         //     actual_stack_bottom,
142440fe15e0SLoGin         //     guard_size
142540fe15e0SLoGin         // );
142640fe15e0SLoGin         vm.map_anonymous(
142740fe15e0SLoGin             actual_stack_bottom,
142840fe15e0SLoGin             guard_size,
142940fe15e0SLoGin             prot_flags,
143040fe15e0SLoGin             map_flags,
143140fe15e0SLoGin             false,
143240fe15e0SLoGin         )?;
143340fe15e0SLoGin         // test_buddy();
143440fe15e0SLoGin         // 设置保护页只读
143540fe15e0SLoGin         prot_flags.remove(ProtFlags::PROT_WRITE);
143640fe15e0SLoGin         // kdebug!(
143740fe15e0SLoGin         //     "to mprotect stack guard pages: {:?} {}",
143840fe15e0SLoGin         //     actual_stack_bottom,
143940fe15e0SLoGin         //     guard_size
144040fe15e0SLoGin         // );
144140fe15e0SLoGin         vm.mprotect(
144240fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(actual_stack_bottom),
144340fe15e0SLoGin             PageFrameCount::new(Self::GUARD_PAGES_NUM),
144440fe15e0SLoGin             prot_flags,
144540fe15e0SLoGin         )?;
144640fe15e0SLoGin 
144740fe15e0SLoGin         // kdebug!(
144840fe15e0SLoGin         //     "mprotect stack guard pages done: {:?} {}",
144940fe15e0SLoGin         //     actual_stack_bottom,
145040fe15e0SLoGin         //     guard_size
145140fe15e0SLoGin         // );
145240fe15e0SLoGin 
145340fe15e0SLoGin         let mut user_stack = UserStack {
145440fe15e0SLoGin             stack_bottom: actual_stack_bottom,
145540fe15e0SLoGin             mapped_size: guard_size,
145640fe15e0SLoGin             current_sp: actual_stack_bottom - guard_size,
145740fe15e0SLoGin         };
145840fe15e0SLoGin 
145940fe15e0SLoGin         // kdebug!("extend user stack: {:?} {}", stack_bottom, stack_size);
146040fe15e0SLoGin         // 分配用户栈
146140fe15e0SLoGin         user_stack.initial_extend(vm, stack_size)?;
146240fe15e0SLoGin         // kdebug!("user stack created: {:?} {}", stack_bottom, stack_size);
146340fe15e0SLoGin         return Ok(user_stack);
146440fe15e0SLoGin     }
146540fe15e0SLoGin 
146640fe15e0SLoGin     fn initial_extend(
146740fe15e0SLoGin         &mut self,
146840fe15e0SLoGin         vm: &mut InnerAddressSpace,
146940fe15e0SLoGin         mut bytes: usize,
147040fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
147140fe15e0SLoGin         let prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE | ProtFlags::PROT_EXEC;
147240fe15e0SLoGin         let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS;
147340fe15e0SLoGin 
147440fe15e0SLoGin         bytes = page_align_up(bytes);
147540fe15e0SLoGin         self.mapped_size += bytes;
147640fe15e0SLoGin 
147740fe15e0SLoGin         vm.map_anonymous(
147840fe15e0SLoGin             self.stack_bottom - self.mapped_size,
147940fe15e0SLoGin             bytes,
148040fe15e0SLoGin             prot_flags,
148140fe15e0SLoGin             map_flags,
148240fe15e0SLoGin             false,
148340fe15e0SLoGin         )?;
148440fe15e0SLoGin 
148540fe15e0SLoGin         return Ok(());
148640fe15e0SLoGin     }
148740fe15e0SLoGin 
148840fe15e0SLoGin     /// 扩展用户栈
148940fe15e0SLoGin     ///
149040fe15e0SLoGin     /// ## 参数
149140fe15e0SLoGin     ///
149240fe15e0SLoGin     /// - `vm` 用户地址空间结构体
149340fe15e0SLoGin     /// - `bytes` 要扩展的字节数
149440fe15e0SLoGin     ///
149540fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
149640fe15e0SLoGin     ///
149740fe15e0SLoGin     /// - **Ok(())** 扩展成功
149840fe15e0SLoGin     /// - **Err(SystemError)** 扩展失败
149940fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
150040fe15e0SLoGin     pub fn extend(
150140fe15e0SLoGin         &mut self,
150240fe15e0SLoGin         vm: &mut RwLockWriteGuard<InnerAddressSpace>,
150340fe15e0SLoGin         mut bytes: usize,
150440fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
150540fe15e0SLoGin         let prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE | ProtFlags::PROT_EXEC;
150640fe15e0SLoGin         let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS;
150740fe15e0SLoGin 
150840fe15e0SLoGin         bytes = page_align_up(bytes);
150940fe15e0SLoGin         self.mapped_size += bytes;
151040fe15e0SLoGin 
151140fe15e0SLoGin         vm.map_anonymous(
151240fe15e0SLoGin             self.stack_bottom - self.mapped_size,
151340fe15e0SLoGin             bytes,
151440fe15e0SLoGin             prot_flags,
151540fe15e0SLoGin             map_flags,
151640fe15e0SLoGin             false,
151740fe15e0SLoGin         )?;
151840fe15e0SLoGin 
151940fe15e0SLoGin         return Ok(());
152040fe15e0SLoGin     }
152140fe15e0SLoGin 
152240fe15e0SLoGin     /// 获取栈顶地址
152340fe15e0SLoGin     ///
152440fe15e0SLoGin     /// 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!
152540fe15e0SLoGin     pub fn sp(&self) -> VirtAddr {
152640fe15e0SLoGin         return self.current_sp;
152740fe15e0SLoGin     }
152840fe15e0SLoGin 
152940fe15e0SLoGin     pub unsafe fn set_sp(&mut self, sp: VirtAddr) {
153040fe15e0SLoGin         self.current_sp = sp;
153140fe15e0SLoGin     }
153240fe15e0SLoGin 
153340fe15e0SLoGin     /// 仅仅克隆用户栈的信息,不会克隆用户栈的内容/映射
153440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn clone_info_only(&self) -> Self {
153540fe15e0SLoGin         return Self {
153640fe15e0SLoGin             stack_bottom: self.stack_bottom,
153740fe15e0SLoGin             mapped_size: self.mapped_size,
153840fe15e0SLoGin             current_sp: self.current_sp,
153940fe15e0SLoGin         };
154040fe15e0SLoGin     }
154140fe15e0SLoGin 
154240fe15e0SLoGin     /// 获取当前用户栈的大小(不包括保护页)
154340fe15e0SLoGin     pub fn stack_size(&self) -> usize {
154440fe15e0SLoGin         return self.mapped_size - Self::GUARD_PAGES_NUM * MMArch::PAGE_SIZE;
154540fe15e0SLoGin     }
154640fe15e0SLoGin }
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