xref: /DragonOS/kernel/src/mm/ucontext.rs (revision cf7f801e1d50ee5b04cb728e4251a57f4183bfbc)
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;
1756cc4dbeSJomo use ida::IdAllocator;
1891e9d4abSLoGin use system_error::SystemError;
1940fe15e0SLoGin 
2040fe15e0SLoGin use crate::{
211496ba7bSLoGin     arch::{mm::PageMapper, CurrentIrqArch, MMArch},
2240fe15e0SLoGin     exception::InterruptArch,
23*cf7f801eSMemoryShore     filesystem::vfs::file::File,
2440fe15e0SLoGin     libs::{
2540fe15e0SLoGin         align::page_align_up,
26a17651b1SMemoryShore         rwlock::RwLock,
2740fe15e0SLoGin         spinlock::{SpinLock, SpinLockGuard},
2840fe15e0SLoGin     },
296fc066acSJomo     mm::page::page_manager_lock_irqsave,
301496ba7bSLoGin     process::ProcessManager,
314cfa009bSJomo     syscall::user_access::{UserBufferReader, UserBufferWriter},
3240fe15e0SLoGin };
3340fe15e0SLoGin 
3440fe15e0SLoGin use super::{
3540fe15e0SLoGin     allocator::page_frame::{
3640fe15e0SLoGin         deallocate_page_frames, PageFrameCount, PhysPageFrame, VirtPageFrame, VirtPageFrameIter,
3740fe15e0SLoGin     },
38*cf7f801eSMemoryShore     page::{EntryFlags, Flusher, InactiveFlusher, Page, PageFlushAll},
39a17651b1SMemoryShore     syscall::{MadvFlags, MapFlags, MremapFlags, ProtFlags},
404cfa009bSJomo     MemoryManagementArch, PageTableKind, VirtAddr, VirtRegion, VmFlags,
4140fe15e0SLoGin };
4240fe15e0SLoGin 
4340fe15e0SLoGin /// MMAP_MIN_ADDR的默认值
4440fe15e0SLoGin /// 以下内容来自linux-5.19:
4540fe15e0SLoGin ///  This is the portion of low virtual memory which should be protected
4640fe15e0SLoGin //   from userspace allocation.  Keeping a user from writing to low pages
4740fe15e0SLoGin //   can help reduce the impact of kernel NULL pointer bugs.
4840fe15e0SLoGin //   For most ia64, ppc64 and x86 users with lots of address space
4940fe15e0SLoGin //   a value of 65536 is reasonable and should cause no problems.
5040fe15e0SLoGin //   On arm and other archs it should not be higher than 32768.
5140fe15e0SLoGin //   Programs which use vm86 functionality or have some need to map
5240fe15e0SLoGin //   this low address space will need CAP_SYS_RAWIO or disable this
5340fe15e0SLoGin //   protection by setting the value to 0.
5440fe15e0SLoGin pub const DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR: usize = 65536;
5540fe15e0SLoGin 
5656cc4dbeSJomo /// LockedVMA的id分配器
5756cc4dbeSJomo static LOCKEDVMA_ID_ALLOCATOR: IdAllocator = IdAllocator::new(0, usize::MAX);
5856cc4dbeSJomo 
5940fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
6040fe15e0SLoGin pub struct AddressSpace {
6140fe15e0SLoGin     inner: RwLock<InnerAddressSpace>,
6240fe15e0SLoGin }
6340fe15e0SLoGin 
6440fe15e0SLoGin impl AddressSpace {
6540fe15e0SLoGin     pub fn new(create_stack: bool) -> Result<Arc<Self>, SystemError> {
6640fe15e0SLoGin         let inner = InnerAddressSpace::new(create_stack)?;
6740fe15e0SLoGin         let result = Self {
6840fe15e0SLoGin             inner: RwLock::new(inner),
6940fe15e0SLoGin         };
7040fe15e0SLoGin         return Ok(Arc::new(result));
7140fe15e0SLoGin     }
7240fe15e0SLoGin 
7340fe15e0SLoGin     /// 从pcb中获取当前进程的地址空间结构体的Arc指针
7440fe15e0SLoGin     pub fn current() -> Result<Arc<AddressSpace>, SystemError> {
751496ba7bSLoGin         let vm = ProcessManager::current_pcb()
761496ba7bSLoGin             .basic()
771496ba7bSLoGin             .user_vm()
7840fe15e0SLoGin             .expect("Current process has no address space");
791496ba7bSLoGin 
801496ba7bSLoGin         return Ok(vm);
8140fe15e0SLoGin     }
8240fe15e0SLoGin 
8340fe15e0SLoGin     /// 判断某个地址空间是否为当前进程的地址空间
8440fe15e0SLoGin     pub fn is_current(self: &Arc<Self>) -> bool {
8540fe15e0SLoGin         let current = Self::current();
8640fe15e0SLoGin         if let Ok(current) = current {
8740fe15e0SLoGin             return Arc::ptr_eq(&current, self);
8840fe15e0SLoGin         }
8940fe15e0SLoGin         return false;
9040fe15e0SLoGin     }
9140fe15e0SLoGin }
9240fe15e0SLoGin 
9340fe15e0SLoGin impl core::ops::Deref for AddressSpace {
9440fe15e0SLoGin     type Target = RwLock<InnerAddressSpace>;
9540fe15e0SLoGin 
9640fe15e0SLoGin     fn deref(&self) -> &Self::Target {
9740fe15e0SLoGin         &self.inner
9840fe15e0SLoGin     }
9940fe15e0SLoGin }
10040fe15e0SLoGin 
10140fe15e0SLoGin impl core::ops::DerefMut for AddressSpace {
10240fe15e0SLoGin     fn deref_mut(&mut self) -> &mut Self::Target {
10340fe15e0SLoGin         &mut self.inner
10440fe15e0SLoGin     }
10540fe15e0SLoGin }
10640fe15e0SLoGin 
10740fe15e0SLoGin /// @brief 用户地址空间结构体(每个进程都有一个)
10840fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
10940fe15e0SLoGin pub struct InnerAddressSpace {
11040fe15e0SLoGin     pub user_mapper: UserMapper,
11140fe15e0SLoGin     pub mappings: UserMappings,
11240fe15e0SLoGin     pub mmap_min: VirtAddr,
11340fe15e0SLoGin     /// 用户栈信息结构体
11440fe15e0SLoGin     pub user_stack: Option<UserStack>,
11540fe15e0SLoGin 
11640fe15e0SLoGin     pub elf_brk_start: VirtAddr,
11740fe15e0SLoGin     pub elf_brk: VirtAddr,
11840fe15e0SLoGin 
11940fe15e0SLoGin     /// 当前进程的堆空间的起始地址
12040fe15e0SLoGin     pub brk_start: VirtAddr,
12140fe15e0SLoGin     /// 当前进程的堆空间的结束地址(不包含)
12240fe15e0SLoGin     pub brk: VirtAddr,
12340fe15e0SLoGin 
12440fe15e0SLoGin     pub start_code: VirtAddr,
12540fe15e0SLoGin     pub end_code: VirtAddr,
12640fe15e0SLoGin     pub start_data: VirtAddr,
12740fe15e0SLoGin     pub end_data: VirtAddr,
12840fe15e0SLoGin }
12940fe15e0SLoGin 
13040fe15e0SLoGin impl InnerAddressSpace {
13140fe15e0SLoGin     pub fn new(create_stack: bool) -> Result<Self, SystemError> {
13240fe15e0SLoGin         let mut result = Self {
13340fe15e0SLoGin             user_mapper: MMArch::setup_new_usermapper()?,
13440fe15e0SLoGin             mappings: UserMappings::new(),
13540fe15e0SLoGin             mmap_min: VirtAddr(DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR),
13640fe15e0SLoGin             elf_brk_start: VirtAddr::new(0),
13740fe15e0SLoGin             elf_brk: VirtAddr::new(0),
13840fe15e0SLoGin             brk_start: MMArch::USER_BRK_START,
13940fe15e0SLoGin             brk: MMArch::USER_BRK_START,
14040fe15e0SLoGin             user_stack: None,
14140fe15e0SLoGin             start_code: VirtAddr(0),
14240fe15e0SLoGin             end_code: VirtAddr(0),
14340fe15e0SLoGin             start_data: VirtAddr(0),
14440fe15e0SLoGin             end_data: VirtAddr(0),
14540fe15e0SLoGin         };
14640fe15e0SLoGin         if create_stack {
1472eab6dd7S曾俊             // debug!("to create user stack.");
14840fe15e0SLoGin             result.new_user_stack(UserStack::DEFAULT_USER_STACK_SIZE)?;
14940fe15e0SLoGin         }
15040fe15e0SLoGin 
15140fe15e0SLoGin         return Ok(result);
15240fe15e0SLoGin     }
15340fe15e0SLoGin 
15440fe15e0SLoGin     /// 尝试克隆当前进程的地址空间,包括这些映射都会被克隆
15540fe15e0SLoGin     ///
15640fe15e0SLoGin     /// # Returns
15740fe15e0SLoGin     ///
15840fe15e0SLoGin     /// 返回克隆后的,新的地址空间的Arc指针
1594fda81ceSLoGin     #[inline(never)]
16040fe15e0SLoGin     pub fn try_clone(&mut self) -> Result<Arc<AddressSpace>, SystemError> {
16140fe15e0SLoGin         let irq_guard = unsafe { CurrentIrqArch::save_and_disable_irq() };
16240fe15e0SLoGin         let new_addr_space = AddressSpace::new(false)?;
16340fe15e0SLoGin         let mut new_guard = new_addr_space.write();
164a17651b1SMemoryShore         unsafe {
165a17651b1SMemoryShore             new_guard
166a17651b1SMemoryShore                 .user_mapper
167a17651b1SMemoryShore                 .clone_from(&mut self.user_mapper, MMArch::PAGE_FAULT_ENABLED)
168a17651b1SMemoryShore         };
16940fe15e0SLoGin 
17040fe15e0SLoGin         // 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)
17140fe15e0SLoGin         unsafe {
17240fe15e0SLoGin             new_guard.user_stack = Some(self.user_stack.as_ref().unwrap().clone_info_only());
17340fe15e0SLoGin         }
17440fe15e0SLoGin         let _current_stack_size = self.user_stack.as_ref().unwrap().stack_size();
17540fe15e0SLoGin 
176ea8ad4d4SLoGin         // 拷贝空洞
177ea8ad4d4SLoGin         new_guard.mappings.vm_holes = self.mappings.vm_holes.clone();
178ea8ad4d4SLoGin 
17940fe15e0SLoGin         for vma in self.mappings.vmas.iter() {
18040fe15e0SLoGin             // TODO: 增加对VMA是否为文件映射的判断,如果是的话,就跳过
18140fe15e0SLoGin 
182*cf7f801eSMemoryShore             let vma_guard: SpinLockGuard<'_, VMA> = vma.lock_irqsave();
18340fe15e0SLoGin 
184a17651b1SMemoryShore             // 仅拷贝VMA信息并添加反向映射,因为UserMapper克隆时已经分配了新的物理页
185a17651b1SMemoryShore             let new_vma = LockedVMA::new(vma_guard.clone_info_only());
18640fe15e0SLoGin             new_guard.mappings.vmas.insert(new_vma.clone());
1872eab6dd7S曾俊             // debug!("new vma: {:x?}", new_vma);
188*cf7f801eSMemoryShore             let new_vma_guard = new_vma.lock_irqsave();
189a17651b1SMemoryShore             let new_mapper = &new_guard.user_mapper.utable;
190*cf7f801eSMemoryShore             let mut page_manager_guard = page_manager_lock_irqsave();
19140fe15e0SLoGin             for page in new_vma_guard.pages().map(|p| p.virt_address()) {
192a17651b1SMemoryShore                 if let Some((paddr, _)) = new_mapper.translate(page) {
193*cf7f801eSMemoryShore                     let page = page_manager_guard.get_unwrap(&paddr);
194*cf7f801eSMemoryShore                     page.write_irqsave().insert_vma(new_vma.clone());
19540fe15e0SLoGin                 }
196a17651b1SMemoryShore             }
19740fe15e0SLoGin 
198*cf7f801eSMemoryShore             drop(page_manager_guard);
19940fe15e0SLoGin             drop(vma_guard);
20040fe15e0SLoGin             drop(new_vma_guard);
20140fe15e0SLoGin         }
20240fe15e0SLoGin         drop(new_guard);
20340fe15e0SLoGin         drop(irq_guard);
20440fe15e0SLoGin         return Ok(new_addr_space);
20540fe15e0SLoGin     }
20640fe15e0SLoGin 
207a17651b1SMemoryShore     /// 拓展用户栈
208a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
209a17651b1SMemoryShore     ///
210a17651b1SMemoryShore     /// - `bytes`: 拓展大小
211a17651b1SMemoryShore     #[allow(dead_code)]
212a17651b1SMemoryShore     pub fn extend_stack(&mut self, mut bytes: usize) -> Result<(), SystemError> {
2132eab6dd7S曾俊         // debug!("extend user stack");
214a17651b1SMemoryShore         let prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE | ProtFlags::PROT_EXEC;
215a17651b1SMemoryShore         let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS | MapFlags::MAP_GROWSDOWN;
216a17651b1SMemoryShore         let stack = self.user_stack.as_mut().unwrap();
217a17651b1SMemoryShore 
218a17651b1SMemoryShore         bytes = page_align_up(bytes);
219a17651b1SMemoryShore         stack.mapped_size += bytes;
220a17651b1SMemoryShore         let len = stack.stack_bottom - stack.mapped_size;
221a17651b1SMemoryShore         self.map_anonymous(len, bytes, prot_flags, map_flags, false, false)?;
222a17651b1SMemoryShore         return Ok(());
223a17651b1SMemoryShore     }
224a17651b1SMemoryShore 
22540fe15e0SLoGin     /// 判断当前的地址空间是否是当前进程的地址空间
22640fe15e0SLoGin     #[inline]
22740fe15e0SLoGin     pub fn is_current(&self) -> bool {
22840fe15e0SLoGin         return self.user_mapper.utable.is_current();
22940fe15e0SLoGin     }
23040fe15e0SLoGin 
23140fe15e0SLoGin     /// 进行匿名页映射
23240fe15e0SLoGin     ///
23340fe15e0SLoGin     /// ## 参数
23440fe15e0SLoGin     ///
23540fe15e0SLoGin     /// - `start_vaddr`:映射的起始地址
23640fe15e0SLoGin     /// - `len`:映射的长度
23740fe15e0SLoGin     /// - `prot_flags`:保护标志
23840fe15e0SLoGin     /// - `map_flags`:映射标志
23940fe15e0SLoGin     /// - `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
240a17651b1SMemoryShore     /// - `allocate_at_once`:是否立即分配物理空间
2411496ba7bSLoGin     ///
2421496ba7bSLoGin     /// ## 返回
2431496ba7bSLoGin     ///
2441496ba7bSLoGin     /// 返回映射的起始虚拟页帧
24540fe15e0SLoGin     pub fn map_anonymous(
24640fe15e0SLoGin         &mut self,
24740fe15e0SLoGin         start_vaddr: VirtAddr,
24840fe15e0SLoGin         len: usize,
24940fe15e0SLoGin         prot_flags: ProtFlags,
25040fe15e0SLoGin         map_flags: MapFlags,
25140fe15e0SLoGin         round_to_min: bool,
252a17651b1SMemoryShore         allocate_at_once: bool,
25340fe15e0SLoGin     ) -> Result<VirtPageFrame, SystemError> {
254a17651b1SMemoryShore         let allocate_at_once = if MMArch::PAGE_FAULT_ENABLED {
255a17651b1SMemoryShore             allocate_at_once
256a17651b1SMemoryShore         } else {
257a17651b1SMemoryShore             true
258a17651b1SMemoryShore         };
25940fe15e0SLoGin         // 用于对齐hint的函数
26040fe15e0SLoGin         let round_hint_to_min = |hint: VirtAddr| {
26140fe15e0SLoGin             // 先把hint向下对齐到页边界
26240fe15e0SLoGin             let addr = hint.data() & (!MMArch::PAGE_OFFSET_MASK);
2632eab6dd7S曾俊             // debug!("map_anonymous: hint = {:?}, addr = {addr:#x}", hint);
26440fe15e0SLoGin             // 如果hint不是0,且hint小于DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR,则对齐到DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR
26540fe15e0SLoGin             if (addr != 0) && round_to_min && (addr < DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR) {
26640fe15e0SLoGin                 Some(VirtAddr::new(page_align_up(DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR)))
26740fe15e0SLoGin             } else if addr == 0 {
26840fe15e0SLoGin                 None
26940fe15e0SLoGin             } else {
27040fe15e0SLoGin                 Some(VirtAddr::new(addr))
27140fe15e0SLoGin             }
27240fe15e0SLoGin         };
2732eab6dd7S曾俊         // debug!("map_anonymous: start_vaddr = {:?}", start_vaddr);
2742eab6dd7S曾俊         // debug!("map_anonymous: len(no align) = {}", len);
27540fe15e0SLoGin 
27640fe15e0SLoGin         let len = page_align_up(len);
27740fe15e0SLoGin 
2784cfa009bSJomo         let vm_flags = VmFlags::from(prot_flags)
2794cfa009bSJomo             | VmFlags::from(map_flags)
2804cfa009bSJomo             | VmFlags::VM_MAYREAD
2814cfa009bSJomo             | VmFlags::VM_MAYWRITE
2824cfa009bSJomo             | VmFlags::VM_MAYEXEC;
2834cfa009bSJomo 
2842eab6dd7S曾俊         // debug!("map_anonymous: len = {}", len);
28540fe15e0SLoGin 
286*cf7f801eSMemoryShore         let start_page: VirtPageFrame = self.mmap(
28740fe15e0SLoGin             round_hint_to_min(start_vaddr),
28840fe15e0SLoGin             PageFrameCount::from_bytes(len).unwrap(),
28940fe15e0SLoGin             prot_flags,
29040fe15e0SLoGin             map_flags,
29140fe15e0SLoGin             move |page, count, flags, mapper, flusher| {
292*cf7f801eSMemoryShore                 if allocate_at_once {
293*cf7f801eSMemoryShore                     VMA::zeroed(page, count, vm_flags, flags, mapper, flusher, None, None)
294a17651b1SMemoryShore                 } else {
29517dc5589SMemoryShore                     Ok(LockedVMA::new(VMA::new(
29617dc5589SMemoryShore                         VirtRegion::new(page.virt_address(), count.data() * MMArch::PAGE_SIZE),
297a17651b1SMemoryShore                         vm_flags,
298a17651b1SMemoryShore                         flags,
299*cf7f801eSMemoryShore                         None,
300*cf7f801eSMemoryShore                         None,
30117dc5589SMemoryShore                         false,
30217dc5589SMemoryShore                     )))
303*cf7f801eSMemoryShore                 }
304a17651b1SMemoryShore             },
305*cf7f801eSMemoryShore         )?;
30640fe15e0SLoGin 
30740fe15e0SLoGin         return Ok(start_page);
30840fe15e0SLoGin     }
30940fe15e0SLoGin 
310*cf7f801eSMemoryShore     /// 进行文件页映射
311*cf7f801eSMemoryShore     ///
312*cf7f801eSMemoryShore     /// ## 参数
313*cf7f801eSMemoryShore     ///
314*cf7f801eSMemoryShore     /// - `start_vaddr`:映射的起始地址
315*cf7f801eSMemoryShore     /// - `len`:映射的长度
316*cf7f801eSMemoryShore     /// - `prot_flags`:保护标志
317*cf7f801eSMemoryShore     /// - `map_flags`:映射标志
318*cf7f801eSMemoryShore     /// - `fd`:文件描述符
319*cf7f801eSMemoryShore     /// - `offset`:映射偏移量
320*cf7f801eSMemoryShore     /// - `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
321*cf7f801eSMemoryShore     /// - `allocate_at_once`:是否立即分配物理空间
322*cf7f801eSMemoryShore     ///
323*cf7f801eSMemoryShore     /// ## 返回
324*cf7f801eSMemoryShore     ///
325*cf7f801eSMemoryShore     /// 返回映射的起始虚拟页帧
326*cf7f801eSMemoryShore     #[allow(clippy::too_many_arguments)]
327*cf7f801eSMemoryShore     pub fn file_mapping(
328*cf7f801eSMemoryShore         &mut self,
329*cf7f801eSMemoryShore         start_vaddr: VirtAddr,
330*cf7f801eSMemoryShore         len: usize,
331*cf7f801eSMemoryShore         prot_flags: ProtFlags,
332*cf7f801eSMemoryShore         map_flags: MapFlags,
333*cf7f801eSMemoryShore         fd: i32,
334*cf7f801eSMemoryShore         offset: usize,
335*cf7f801eSMemoryShore         round_to_min: bool,
336*cf7f801eSMemoryShore         allocate_at_once: bool,
337*cf7f801eSMemoryShore     ) -> Result<VirtPageFrame, SystemError> {
338*cf7f801eSMemoryShore         let allocate_at_once = if MMArch::PAGE_FAULT_ENABLED {
339*cf7f801eSMemoryShore             allocate_at_once
340*cf7f801eSMemoryShore         } else {
341*cf7f801eSMemoryShore             true
342*cf7f801eSMemoryShore         };
343*cf7f801eSMemoryShore         // 用于对齐hint的函数
344*cf7f801eSMemoryShore         let round_hint_to_min = |hint: VirtAddr| {
345*cf7f801eSMemoryShore             // 先把hint向下对齐到页边界
346*cf7f801eSMemoryShore             let addr = hint.data() & (!MMArch::PAGE_OFFSET_MASK);
347*cf7f801eSMemoryShore             // debug!("map_anonymous: hint = {:?}, addr = {addr:#x}", hint);
348*cf7f801eSMemoryShore             // 如果hint不是0,且hint小于DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR,则对齐到DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR
349*cf7f801eSMemoryShore             if (addr != 0) && round_to_min && (addr < DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR) {
350*cf7f801eSMemoryShore                 Some(VirtAddr::new(page_align_up(DEFAULT_MMAP_MIN_ADDR)))
351*cf7f801eSMemoryShore             } else if addr == 0 {
352*cf7f801eSMemoryShore                 None
353*cf7f801eSMemoryShore             } else {
354*cf7f801eSMemoryShore                 Some(VirtAddr::new(addr))
355*cf7f801eSMemoryShore             }
356*cf7f801eSMemoryShore         };
357*cf7f801eSMemoryShore         // debug!("map_anonymous: start_vaddr = {:?}", start_vaddr);
358*cf7f801eSMemoryShore         // debug!("map_anonymous: len(no align) = {}", len);
359*cf7f801eSMemoryShore 
360*cf7f801eSMemoryShore         let len = page_align_up(len);
361*cf7f801eSMemoryShore 
362*cf7f801eSMemoryShore         let vm_flags = VmFlags::from(prot_flags)
363*cf7f801eSMemoryShore             | VmFlags::from(map_flags)
364*cf7f801eSMemoryShore             | VmFlags::VM_MAYREAD
365*cf7f801eSMemoryShore             | VmFlags::VM_MAYWRITE
366*cf7f801eSMemoryShore             | VmFlags::VM_MAYEXEC;
367*cf7f801eSMemoryShore 
368*cf7f801eSMemoryShore         // debug!("map_anonymous: len = {}", len);
369*cf7f801eSMemoryShore 
370*cf7f801eSMemoryShore         let binding = ProcessManager::current_pcb().fd_table();
371*cf7f801eSMemoryShore         let fd_table_guard = binding.read();
372*cf7f801eSMemoryShore 
373*cf7f801eSMemoryShore         let file = fd_table_guard.get_file_by_fd(fd);
374*cf7f801eSMemoryShore         if file.is_none() {
375*cf7f801eSMemoryShore             return Err(SystemError::EBADF);
376*cf7f801eSMemoryShore         }
377*cf7f801eSMemoryShore         // drop guard 以避免无法调度的问题
378*cf7f801eSMemoryShore         drop(fd_table_guard);
379*cf7f801eSMemoryShore 
380*cf7f801eSMemoryShore         // offset需要4K对齐
381*cf7f801eSMemoryShore         if !offset & (MMArch::PAGE_SIZE - 1) == 0 {
382*cf7f801eSMemoryShore             return Err(SystemError::EINVAL);
383*cf7f801eSMemoryShore         }
384*cf7f801eSMemoryShore         let pgoff = offset >> MMArch::PAGE_SHIFT;
385*cf7f801eSMemoryShore 
386*cf7f801eSMemoryShore         let start_page: VirtPageFrame = self.mmap(
387*cf7f801eSMemoryShore             round_hint_to_min(start_vaddr),
388*cf7f801eSMemoryShore             PageFrameCount::from_bytes(len).unwrap(),
389*cf7f801eSMemoryShore             prot_flags,
390*cf7f801eSMemoryShore             map_flags,
391*cf7f801eSMemoryShore             move |page, count, flags, mapper, flusher| {
392*cf7f801eSMemoryShore                 if allocate_at_once {
393*cf7f801eSMemoryShore                     VMA::zeroed(
394*cf7f801eSMemoryShore                         page,
395*cf7f801eSMemoryShore                         count,
396*cf7f801eSMemoryShore                         vm_flags,
397*cf7f801eSMemoryShore                         flags,
398*cf7f801eSMemoryShore                         mapper,
399*cf7f801eSMemoryShore                         flusher,
400*cf7f801eSMemoryShore                         file,
401*cf7f801eSMemoryShore                         Some(pgoff),
402*cf7f801eSMemoryShore                     )
403*cf7f801eSMemoryShore                 } else {
404*cf7f801eSMemoryShore                     Ok(LockedVMA::new(VMA::new(
405*cf7f801eSMemoryShore                         VirtRegion::new(page.virt_address(), count.data() * MMArch::PAGE_SIZE),
406*cf7f801eSMemoryShore                         vm_flags,
407*cf7f801eSMemoryShore                         flags,
408*cf7f801eSMemoryShore                         file,
409*cf7f801eSMemoryShore                         Some(pgoff),
410*cf7f801eSMemoryShore                         false,
411*cf7f801eSMemoryShore                     )))
412*cf7f801eSMemoryShore                 }
413*cf7f801eSMemoryShore             },
414*cf7f801eSMemoryShore         )?;
415*cf7f801eSMemoryShore         return Ok(start_page);
416*cf7f801eSMemoryShore     }
417*cf7f801eSMemoryShore 
41840fe15e0SLoGin     /// 向进程的地址空间映射页面
41940fe15e0SLoGin     ///
42040fe15e0SLoGin     /// # 参数
42140fe15e0SLoGin     ///
42240fe15e0SLoGin     /// - `addr`:映射的起始地址,如果为`None`,则由内核自动分配
42340fe15e0SLoGin     /// - `page_count`:映射的页面数量
42440fe15e0SLoGin     /// - `prot_flags`:保护标志
42540fe15e0SLoGin     /// - `map_flags`:映射标志
42640fe15e0SLoGin     /// - `map_func`:映射函数,用于创建VMA
42740fe15e0SLoGin     ///
42840fe15e0SLoGin     /// # Returns
42940fe15e0SLoGin     ///
43040fe15e0SLoGin     /// 返回映射的起始虚拟页帧
43140fe15e0SLoGin     ///
43240fe15e0SLoGin     /// # Errors
43340fe15e0SLoGin     ///
43440fe15e0SLoGin     /// - `EINVAL`:参数错误
43540fe15e0SLoGin     pub fn mmap<
43640fe15e0SLoGin         F: FnOnce(
43740fe15e0SLoGin             VirtPageFrame,
43840fe15e0SLoGin             PageFrameCount,
439*cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags<MMArch>,
44040fe15e0SLoGin             &mut PageMapper,
44140fe15e0SLoGin             &mut dyn Flusher<MMArch>,
44240fe15e0SLoGin         ) -> Result<Arc<LockedVMA>, SystemError>,
44340fe15e0SLoGin     >(
44440fe15e0SLoGin         &mut self,
44540fe15e0SLoGin         addr: Option<VirtAddr>,
44640fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
44740fe15e0SLoGin         prot_flags: ProtFlags,
44840fe15e0SLoGin         map_flags: MapFlags,
44940fe15e0SLoGin         map_func: F,
45040fe15e0SLoGin     ) -> Result<VirtPageFrame, SystemError> {
45140fe15e0SLoGin         if page_count == PageFrameCount::new(0) {
45240fe15e0SLoGin             return Err(SystemError::EINVAL);
45340fe15e0SLoGin         }
4542eab6dd7S曾俊         // debug!("mmap: addr: {addr:?}, page_count: {page_count:?}, prot_flags: {prot_flags:?}, map_flags: {map_flags:?}");
45540fe15e0SLoGin 
45640fe15e0SLoGin         // 找到未使用的区域
45740fe15e0SLoGin         let region = match addr {
45840fe15e0SLoGin             Some(vaddr) => {
45940fe15e0SLoGin                 self.mappings
46040fe15e0SLoGin                     .find_free_at(self.mmap_min, vaddr, page_count.bytes(), map_flags)?
46140fe15e0SLoGin             }
46240fe15e0SLoGin             None => self
46340fe15e0SLoGin                 .mappings
46440fe15e0SLoGin                 .find_free(self.mmap_min, page_count.bytes())
46540fe15e0SLoGin                 .ok_or(SystemError::ENOMEM)?,
46640fe15e0SLoGin         };
46740fe15e0SLoGin 
46840fe15e0SLoGin         let page = VirtPageFrame::new(region.start());
46940fe15e0SLoGin 
4702eab6dd7S曾俊         // debug!("mmap: page: {:?}, region={region:?}", page.virt_address());
47140fe15e0SLoGin 
47240fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
47340fe15e0SLoGin         let (mut active, mut inactive);
47440fe15e0SLoGin         let flusher = if self.is_current() {
47540fe15e0SLoGin             active = PageFlushAll::new();
47640fe15e0SLoGin             &mut active as &mut dyn Flusher<MMArch>
47740fe15e0SLoGin         } else {
47840fe15e0SLoGin             inactive = InactiveFlusher::new();
47940fe15e0SLoGin             &mut inactive as &mut dyn Flusher<MMArch>
48040fe15e0SLoGin         };
48140fe15e0SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
48240fe15e0SLoGin         // 映射页面,并将VMA插入到地址空间的VMA列表中
48340fe15e0SLoGin         self.mappings.insert_vma(map_func(
48440fe15e0SLoGin             page,
48540fe15e0SLoGin             page_count,
486*cf7f801eSMemoryShore             EntryFlags::from_prot_flags(prot_flags, true),
48740fe15e0SLoGin             &mut self.user_mapper.utable,
48840fe15e0SLoGin             flusher,
48940fe15e0SLoGin         )?);
49040fe15e0SLoGin 
49140fe15e0SLoGin         return Ok(page);
49240fe15e0SLoGin     }
49340fe15e0SLoGin 
4944cfa009bSJomo     /// 重映射内存区域
4954cfa009bSJomo     ///
4964cfa009bSJomo     /// # 参数
4974cfa009bSJomo     ///
4984cfa009bSJomo     /// - `old_vaddr`:原映射的起始地址
4994cfa009bSJomo     /// - `old_len`:原映射的长度
5004cfa009bSJomo     /// - `new_len`:重新映射的长度
5014cfa009bSJomo     /// - `mremap_flags`:重映射标志
5024cfa009bSJomo     /// - `new_vaddr`:重新映射的起始地址
5034cfa009bSJomo     /// - `vm_flags`:旧内存区域标志
5044cfa009bSJomo     ///
5054cfa009bSJomo     /// # Returns
5064cfa009bSJomo     ///
5074cfa009bSJomo     /// 返回重映射的起始虚拟页帧地址
5084cfa009bSJomo     ///
5094cfa009bSJomo     /// # Errors
5104cfa009bSJomo     ///
5114cfa009bSJomo     /// - `EINVAL`:参数错误
5124cfa009bSJomo     pub fn mremap(
5134cfa009bSJomo         &mut self,
5144cfa009bSJomo         old_vaddr: VirtAddr,
5154cfa009bSJomo         old_len: usize,
5164cfa009bSJomo         new_len: usize,
5174cfa009bSJomo         mremap_flags: MremapFlags,
5184cfa009bSJomo         new_vaddr: VirtAddr,
5194cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
5204cfa009bSJomo     ) -> Result<VirtAddr, SystemError> {
5214cfa009bSJomo         // 检查新内存地址是否对齐
5224cfa009bSJomo         if !new_vaddr.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE) {
5234cfa009bSJomo             return Err(SystemError::EINVAL);
5244cfa009bSJomo         }
5254cfa009bSJomo 
5264cfa009bSJomo         // 检查新、旧内存区域是否冲突
5274cfa009bSJomo         let old_region = VirtRegion::new(old_vaddr, old_len);
5284cfa009bSJomo         let new_region = VirtRegion::new(new_vaddr, new_len);
5294cfa009bSJomo         if old_region.collide(&new_region) {
5304cfa009bSJomo             return Err(SystemError::EINVAL);
5314cfa009bSJomo         }
5324cfa009bSJomo 
5333055390cSJomo         // 初始化映射标志
5343055390cSJomo         let mut map_flags: MapFlags = vm_flags.into();
5353055390cSJomo         // 初始化内存区域保护标志
5363055390cSJomo         let prot_flags: ProtFlags = vm_flags.into();
5373055390cSJomo 
5384cfa009bSJomo         // 取消新内存区域的原映射
5394cfa009bSJomo         if mremap_flags.contains(MremapFlags::MREMAP_FIXED) {
5403055390cSJomo             map_flags |= MapFlags::MAP_FIXED;
5414cfa009bSJomo             let start_page = VirtPageFrame::new(new_vaddr);
5424cfa009bSJomo             let page_count = PageFrameCount::from_bytes(new_len).unwrap();
5434cfa009bSJomo             self.munmap(start_page, page_count)?;
5444cfa009bSJomo         }
5454cfa009bSJomo 
5464cfa009bSJomo         // 获取映射后的新内存页面
547a17651b1SMemoryShore         let new_page = self.map_anonymous(new_vaddr, new_len, prot_flags, map_flags, true, true)?;
5484cfa009bSJomo         let new_page_vaddr = new_page.virt_address();
5494cfa009bSJomo 
5504cfa009bSJomo         // 拷贝旧内存区域内容到新内存区域
5514cfa009bSJomo         let old_buffer_reader =
5524cfa009bSJomo             UserBufferReader::new(old_vaddr.data() as *const u8, old_len, true)?;
5534cfa009bSJomo         let old_buf: &[u8] = old_buffer_reader.read_from_user(0)?;
5544cfa009bSJomo         let mut new_buffer_writer =
5554cfa009bSJomo             UserBufferWriter::new(new_page_vaddr.data() as *mut u8, new_len, true)?;
5564cfa009bSJomo         let new_buf: &mut [u8] = new_buffer_writer.buffer(0)?;
5574cfa009bSJomo         let len = old_buf.len().min(new_buf.len());
558b5b571e0SLoGin         new_buf[..len].copy_from_slice(&old_buf[..len]);
5594cfa009bSJomo 
5604cfa009bSJomo         return Ok(new_page_vaddr);
5614cfa009bSJomo     }
5624cfa009bSJomo 
56340fe15e0SLoGin     /// 取消进程的地址空间中的映射
56440fe15e0SLoGin     ///
56540fe15e0SLoGin     /// # 参数
56640fe15e0SLoGin     ///
56740fe15e0SLoGin     /// - `start_page`:起始页帧
56840fe15e0SLoGin     /// - `page_count`:取消映射的页帧数量
56940fe15e0SLoGin     ///
57040fe15e0SLoGin     /// # Errors
57140fe15e0SLoGin     ///
57240fe15e0SLoGin     /// - `EINVAL`:参数错误
57340fe15e0SLoGin     /// - `ENOMEM`:内存不足
57440fe15e0SLoGin     pub fn munmap(
57540fe15e0SLoGin         &mut self,
57640fe15e0SLoGin         start_page: VirtPageFrame,
57740fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
57840fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
57940fe15e0SLoGin         let to_unmap = VirtRegion::new(start_page.virt_address(), page_count.bytes());
58040fe15e0SLoGin         let mut flusher: PageFlushAll<MMArch> = PageFlushAll::new();
58140fe15e0SLoGin 
58240fe15e0SLoGin         let regions: Vec<Arc<LockedVMA>> = self.mappings.conflicts(to_unmap).collect::<Vec<_>>();
58340fe15e0SLoGin 
58440fe15e0SLoGin         for r in regions {
585*cf7f801eSMemoryShore             let r = r.lock_irqsave().region;
58640fe15e0SLoGin             let r = self.mappings.remove_vma(&r).unwrap();
587*cf7f801eSMemoryShore             let intersection = r.lock_irqsave().region().intersect(&to_unmap).unwrap();
58856cc4dbeSJomo             let split_result = r.extract(intersection, &self.user_mapper.utable).unwrap();
58940fe15e0SLoGin 
59040fe15e0SLoGin             // TODO: 当引入后备页映射后,这里需要增加通知文件的逻辑
59140fe15e0SLoGin 
592b5b571e0SLoGin             if let Some(before) = split_result.prev {
59340fe15e0SLoGin                 // 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
59440fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(before);
59540fe15e0SLoGin             }
59640fe15e0SLoGin 
597b5b571e0SLoGin             if let Some(after) = split_result.after {
59840fe15e0SLoGin                 // 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
59940fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(after);
60040fe15e0SLoGin             }
60140fe15e0SLoGin 
60240fe15e0SLoGin             r.unmap(&mut self.user_mapper.utable, &mut flusher);
60340fe15e0SLoGin         }
60440fe15e0SLoGin 
60540fe15e0SLoGin         // TODO: 当引入后备页映射后,这里需要增加通知文件的逻辑
60640fe15e0SLoGin 
60740fe15e0SLoGin         return Ok(());
60840fe15e0SLoGin     }
60940fe15e0SLoGin 
61040fe15e0SLoGin     pub fn mprotect(
61140fe15e0SLoGin         &mut self,
61240fe15e0SLoGin         start_page: VirtPageFrame,
61340fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
61440fe15e0SLoGin         prot_flags: ProtFlags,
61540fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
6162eab6dd7S曾俊         // debug!(
61740fe15e0SLoGin         //     "mprotect: start_page: {:?}, page_count: {:?}, prot_flags:{prot_flags:?}",
61840fe15e0SLoGin         //     start_page,
61940fe15e0SLoGin         //     page_count
62040fe15e0SLoGin         // );
62140fe15e0SLoGin         let (mut active, mut inactive);
622bd70d2d1SLoGin         let flusher = if self.is_current() {
62340fe15e0SLoGin             active = PageFlushAll::new();
62440fe15e0SLoGin             &mut active as &mut dyn Flusher<MMArch>
62540fe15e0SLoGin         } else {
62640fe15e0SLoGin             inactive = InactiveFlusher::new();
62740fe15e0SLoGin             &mut inactive as &mut dyn Flusher<MMArch>
62840fe15e0SLoGin         };
62940fe15e0SLoGin 
63040fe15e0SLoGin         let mapper = &mut self.user_mapper.utable;
63140fe15e0SLoGin         let region = VirtRegion::new(start_page.virt_address(), page_count.bytes());
6322eab6dd7S曾俊         // debug!("mprotect: region: {:?}", region);
63340fe15e0SLoGin 
63440fe15e0SLoGin         let regions = self.mappings.conflicts(region).collect::<Vec<_>>();
6352eab6dd7S曾俊         // debug!("mprotect: regions: {:?}", regions);
63640fe15e0SLoGin 
63740fe15e0SLoGin         for r in regions {
6382eab6dd7S曾俊             // debug!("mprotect: r: {:?}", r);
639*cf7f801eSMemoryShore             let r = *r.lock_irqsave().region();
64040fe15e0SLoGin             let r = self.mappings.remove_vma(&r).unwrap();
64140fe15e0SLoGin 
642*cf7f801eSMemoryShore             let intersection = r.lock_irqsave().region().intersect(&region).unwrap();
64356cc4dbeSJomo             let split_result = r
64456cc4dbeSJomo                 .extract(intersection, mapper)
64556cc4dbeSJomo                 .expect("Failed to extract VMA");
64640fe15e0SLoGin 
647b5b571e0SLoGin             if let Some(before) = split_result.prev {
64840fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(before);
64940fe15e0SLoGin             }
650b5b571e0SLoGin             if let Some(after) = split_result.after {
65140fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(after);
65240fe15e0SLoGin             }
65340fe15e0SLoGin 
654*cf7f801eSMemoryShore             let mut r_guard = r.lock_irqsave();
65540fe15e0SLoGin             // 如果VMA的保护标志不允许指定的修改,则返回错误
65640fe15e0SLoGin             if !r_guard.can_have_flags(prot_flags) {
65740fe15e0SLoGin                 drop(r_guard);
65840fe15e0SLoGin                 self.mappings.insert_vma(r.clone());
65940fe15e0SLoGin                 return Err(SystemError::EACCES);
66040fe15e0SLoGin             }
66138458c72SMemoryShore             r_guard.set_vm_flags(VmFlags::from(prot_flags));
66238458c72SMemoryShore 
663*cf7f801eSMemoryShore             let new_flags: EntryFlags<MMArch> = r_guard
66440fe15e0SLoGin                 .flags()
66540fe15e0SLoGin                 .set_execute(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_EXEC))
66640fe15e0SLoGin                 .set_write(prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_WRITE));
66740fe15e0SLoGin 
668bd70d2d1SLoGin             r_guard.remap(new_flags, mapper, &mut *flusher)?;
66940fe15e0SLoGin             drop(r_guard);
67040fe15e0SLoGin             self.mappings.insert_vma(r);
67140fe15e0SLoGin         }
67240fe15e0SLoGin 
67340fe15e0SLoGin         return Ok(());
67440fe15e0SLoGin     }
67540fe15e0SLoGin 
676a17651b1SMemoryShore     pub fn madvise(
677a17651b1SMemoryShore         &mut self,
678a17651b1SMemoryShore         start_page: VirtPageFrame,
679a17651b1SMemoryShore         page_count: PageFrameCount,
680a17651b1SMemoryShore         behavior: MadvFlags,
681a17651b1SMemoryShore     ) -> Result<(), SystemError> {
682a17651b1SMemoryShore         let (mut active, mut inactive);
683bd70d2d1SLoGin         let flusher = if self.is_current() {
684a17651b1SMemoryShore             active = PageFlushAll::new();
685a17651b1SMemoryShore             &mut active as &mut dyn Flusher<MMArch>
686a17651b1SMemoryShore         } else {
687a17651b1SMemoryShore             inactive = InactiveFlusher::new();
688a17651b1SMemoryShore             &mut inactive as &mut dyn Flusher<MMArch>
689a17651b1SMemoryShore         };
690a17651b1SMemoryShore 
691a17651b1SMemoryShore         let mapper = &mut self.user_mapper.utable;
692a17651b1SMemoryShore 
693a17651b1SMemoryShore         let region = VirtRegion::new(start_page.virt_address(), page_count.bytes());
694a17651b1SMemoryShore         let regions = self.mappings.conflicts(region).collect::<Vec<_>>();
695a17651b1SMemoryShore 
696a17651b1SMemoryShore         for r in regions {
697*cf7f801eSMemoryShore             let r = *r.lock_irqsave().region();
698a17651b1SMemoryShore             let r = self.mappings.remove_vma(&r).unwrap();
699a17651b1SMemoryShore 
700*cf7f801eSMemoryShore             let intersection = r.lock_irqsave().region().intersect(&region).unwrap();
701a17651b1SMemoryShore             let split_result = r
702a17651b1SMemoryShore                 .extract(intersection, mapper)
703a17651b1SMemoryShore                 .expect("Failed to extract VMA");
704a17651b1SMemoryShore 
705a17651b1SMemoryShore             if let Some(before) = split_result.prev {
706a17651b1SMemoryShore                 self.mappings.insert_vma(before);
707a17651b1SMemoryShore             }
708a17651b1SMemoryShore             if let Some(after) = split_result.after {
709a17651b1SMemoryShore                 self.mappings.insert_vma(after);
710a17651b1SMemoryShore             }
711bd70d2d1SLoGin             r.do_madvise(behavior, mapper, &mut *flusher)?;
712a17651b1SMemoryShore             self.mappings.insert_vma(r);
713a17651b1SMemoryShore         }
714a17651b1SMemoryShore         Ok(())
715a17651b1SMemoryShore     }
716a17651b1SMemoryShore 
71740fe15e0SLoGin     /// 创建新的用户栈
71840fe15e0SLoGin     ///
71940fe15e0SLoGin     /// ## 参数
72040fe15e0SLoGin     ///
72140fe15e0SLoGin     /// - `size`:栈的大小
72240fe15e0SLoGin     pub fn new_user_stack(&mut self, size: usize) -> Result<(), SystemError> {
72340fe15e0SLoGin         assert!(self.user_stack.is_none(), "User stack already exists");
72440fe15e0SLoGin         let stack = UserStack::new(self, None, size)?;
72540fe15e0SLoGin         self.user_stack = Some(stack);
72640fe15e0SLoGin         return Ok(());
72740fe15e0SLoGin     }
72840fe15e0SLoGin 
72940fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
73040fe15e0SLoGin     pub fn user_stack_mut(&mut self) -> Option<&mut UserStack> {
73140fe15e0SLoGin         return self.user_stack.as_mut();
73240fe15e0SLoGin     }
73340fe15e0SLoGin 
73440fe15e0SLoGin     /// 取消用户空间内的所有映射
73540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn unmap_all(&mut self) {
73640fe15e0SLoGin         let mut flusher: PageFlushAll<MMArch> = PageFlushAll::new();
73740fe15e0SLoGin         for vma in self.mappings.iter_vmas() {
7386fc066acSJomo             if vma.mapped() {
73940fe15e0SLoGin                 vma.unmap(&mut self.user_mapper.utable, &mut flusher);
74040fe15e0SLoGin             }
74140fe15e0SLoGin         }
7426fc066acSJomo     }
74340fe15e0SLoGin 
74440fe15e0SLoGin     /// 设置进程的堆的内存空间
74540fe15e0SLoGin     ///
74640fe15e0SLoGin     /// ## 参数
74740fe15e0SLoGin     ///
74840fe15e0SLoGin     /// - `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
74940fe15e0SLoGin     ///
75040fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
75140fe15e0SLoGin     ///
75240fe15e0SLoGin     /// 返回旧的堆的结束地址
75340fe15e0SLoGin     pub unsafe fn set_brk(&mut self, new_brk: VirtAddr) -> Result<VirtAddr, SystemError> {
75440fe15e0SLoGin         assert!(new_brk.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
75540fe15e0SLoGin 
75640fe15e0SLoGin         if !new_brk.check_user() || new_brk < self.brk_start {
75740fe15e0SLoGin             return Err(SystemError::EFAULT);
75840fe15e0SLoGin         }
75940fe15e0SLoGin 
76040fe15e0SLoGin         let old_brk = self.brk;
7611496ba7bSLoGin 
76240fe15e0SLoGin         if new_brk > self.brk {
76340fe15e0SLoGin             let len = new_brk - self.brk;
76440fe15e0SLoGin             let prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE | ProtFlags::PROT_EXEC;
76540fe15e0SLoGin             let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS | MapFlags::MAP_FIXED;
766a17651b1SMemoryShore             self.map_anonymous(old_brk, len, prot_flags, map_flags, true, false)?;
7671496ba7bSLoGin 
76840fe15e0SLoGin             self.brk = new_brk;
76940fe15e0SLoGin             return Ok(old_brk);
77040fe15e0SLoGin         } else {
77140fe15e0SLoGin             let unmap_len = self.brk - new_brk;
77240fe15e0SLoGin             let unmap_start = new_brk;
77340fe15e0SLoGin             if unmap_len == 0 {
77440fe15e0SLoGin                 return Ok(old_brk);
77540fe15e0SLoGin             }
77640fe15e0SLoGin             self.munmap(
77740fe15e0SLoGin                 VirtPageFrame::new(unmap_start),
77840fe15e0SLoGin                 PageFrameCount::from_bytes(unmap_len).unwrap(),
77940fe15e0SLoGin             )?;
78040fe15e0SLoGin             self.brk = new_brk;
78140fe15e0SLoGin             return Ok(old_brk);
78240fe15e0SLoGin         }
78340fe15e0SLoGin     }
78440fe15e0SLoGin 
78540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn sbrk(&mut self, incr: isize) -> Result<VirtAddr, SystemError> {
78640fe15e0SLoGin         if incr == 0 {
78740fe15e0SLoGin             return Ok(self.brk);
78840fe15e0SLoGin         }
78940fe15e0SLoGin 
79040fe15e0SLoGin         let new_brk = if incr > 0 {
79140fe15e0SLoGin             self.brk + incr as usize
79240fe15e0SLoGin         } else {
793b5b571e0SLoGin             self.brk - incr.unsigned_abs()
79440fe15e0SLoGin         };
79540fe15e0SLoGin 
79640fe15e0SLoGin         let new_brk = VirtAddr::new(page_align_up(new_brk.data()));
79740fe15e0SLoGin 
79840fe15e0SLoGin         return self.set_brk(new_brk);
79940fe15e0SLoGin     }
80040fe15e0SLoGin }
80140fe15e0SLoGin 
80240fe15e0SLoGin impl Drop for InnerAddressSpace {
80340fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
80440fe15e0SLoGin         unsafe {
80540fe15e0SLoGin             self.unmap_all();
80640fe15e0SLoGin         }
80740fe15e0SLoGin     }
80840fe15e0SLoGin }
80940fe15e0SLoGin 
81040fe15e0SLoGin #[derive(Debug, Hash)]
81140fe15e0SLoGin pub struct UserMapper {
81240fe15e0SLoGin     pub utable: PageMapper,
81340fe15e0SLoGin }
81440fe15e0SLoGin 
81540fe15e0SLoGin impl UserMapper {
81640fe15e0SLoGin     pub fn new(utable: PageMapper) -> Self {
81740fe15e0SLoGin         return Self { utable };
81840fe15e0SLoGin     }
819a17651b1SMemoryShore 
820a17651b1SMemoryShore     /// 拷贝用户空间映射
821a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
822a17651b1SMemoryShore     ///
823a17651b1SMemoryShore     /// - `umapper`: 要拷贝的用户空间
824a17651b1SMemoryShore     /// - `copy_on_write`: 是否写时复制
825a17651b1SMemoryShore     pub unsafe fn clone_from(&mut self, umapper: &mut Self, copy_on_write: bool) {
826a17651b1SMemoryShore         self.utable
827a17651b1SMemoryShore             .clone_user_mapping(&mut umapper.utable, copy_on_write);
828a17651b1SMemoryShore     }
82940fe15e0SLoGin }
83040fe15e0SLoGin 
83140fe15e0SLoGin impl Drop for UserMapper {
83240fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
83340fe15e0SLoGin         if self.utable.is_current() {
83440fe15e0SLoGin             // 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
83540fe15e0SLoGin             unsafe { MMArch::set_table(PageTableKind::User, MMArch::initial_page_table()) }
83640fe15e0SLoGin         }
83740fe15e0SLoGin         // 释放用户空间顶层页表占用的页帧
83840fe15e0SLoGin         // 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
83940fe15e0SLoGin         unsafe {
84040fe15e0SLoGin             deallocate_page_frames(
84140fe15e0SLoGin                 PhysPageFrame::new(self.utable.table().phys()),
84240fe15e0SLoGin                 PageFrameCount::new(1),
8436fc066acSJomo                 &mut page_manager_lock_irqsave(),
84440fe15e0SLoGin             )
84540fe15e0SLoGin         };
84640fe15e0SLoGin     }
84740fe15e0SLoGin }
84840fe15e0SLoGin 
84940fe15e0SLoGin /// 用户空间映射信息
85040fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
85140fe15e0SLoGin pub struct UserMappings {
85240fe15e0SLoGin     /// 当前用户空间的虚拟内存区域
85340fe15e0SLoGin     vmas: HashSet<Arc<LockedVMA>>,
85440fe15e0SLoGin     /// 当前用户空间的VMA空洞
85540fe15e0SLoGin     vm_holes: BTreeMap<VirtAddr, usize>,
85640fe15e0SLoGin }
85740fe15e0SLoGin 
85840fe15e0SLoGin impl UserMappings {
85940fe15e0SLoGin     pub fn new() -> Self {
86040fe15e0SLoGin         return Self {
86140fe15e0SLoGin             vmas: HashSet::new(),
86240fe15e0SLoGin             vm_holes: core::iter::once((VirtAddr::new(0), MMArch::USER_END_VADDR.data()))
86340fe15e0SLoGin                 .collect::<BTreeMap<_, _>>(),
86440fe15e0SLoGin         };
86540fe15e0SLoGin     }
86640fe15e0SLoGin 
86740fe15e0SLoGin     /// 判断当前进程的VMA内,是否有包含指定的虚拟地址的VMA。
86840fe15e0SLoGin     ///
86940fe15e0SLoGin     /// 如果有,返回包含指定虚拟地址的VMA的Arc指针,否则返回None。
87040fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
87140fe15e0SLoGin     pub fn contains(&self, vaddr: VirtAddr) -> Option<Arc<LockedVMA>> {
87240fe15e0SLoGin         for v in self.vmas.iter() {
873*cf7f801eSMemoryShore             let guard = v.lock_irqsave();
87440fe15e0SLoGin             if guard.region.contains(vaddr) {
87540fe15e0SLoGin                 return Some(v.clone());
87640fe15e0SLoGin             }
87740fe15e0SLoGin         }
87840fe15e0SLoGin         return None;
87940fe15e0SLoGin     }
88040fe15e0SLoGin 
881a17651b1SMemoryShore     /// 向下寻找距离虚拟地址最近的VMA
882a17651b1SMemoryShore     /// ## 参数
883a17651b1SMemoryShore     ///
884a17651b1SMemoryShore     /// - `vaddr`: 虚拟地址
885a17651b1SMemoryShore     ///
886a17651b1SMemoryShore     /// ## 返回值
887a17651b1SMemoryShore     /// - Some(Arc<LockedVMA>): 虚拟地址所在的或最近的下一个VMA
888a17651b1SMemoryShore     /// - None: 未找到VMA
889a17651b1SMemoryShore     #[allow(dead_code)]
890a17651b1SMemoryShore     pub fn find_nearest(&self, vaddr: VirtAddr) -> Option<Arc<LockedVMA>> {
891a17651b1SMemoryShore         let mut nearest: Option<Arc<LockedVMA>> = None;
892a17651b1SMemoryShore         for v in self.vmas.iter() {
893*cf7f801eSMemoryShore             let guard = v.lock_irqsave();
894a17651b1SMemoryShore             if guard.region.contains(vaddr) {
895a17651b1SMemoryShore                 return Some(v.clone());
896a17651b1SMemoryShore             }
897*cf7f801eSMemoryShore             if guard.region.start >= vaddr
898a17651b1SMemoryShore                 && if let Some(ref nearest) = nearest {
899*cf7f801eSMemoryShore                     guard.region.start < nearest.lock_irqsave().region.start
900a17651b1SMemoryShore                 } else {
901a17651b1SMemoryShore                     true
902a17651b1SMemoryShore                 }
903a17651b1SMemoryShore             {
904a17651b1SMemoryShore                 nearest = Some(v.clone());
905a17651b1SMemoryShore             }
906a17651b1SMemoryShore         }
907a17651b1SMemoryShore         return nearest;
908a17651b1SMemoryShore     }
909a17651b1SMemoryShore 
91040fe15e0SLoGin     /// 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。
91140fe15e0SLoGin     pub fn conflicts(&self, request: VirtRegion) -> impl Iterator<Item = Arc<LockedVMA>> + '_ {
91240fe15e0SLoGin         let r = self
91340fe15e0SLoGin             .vmas
91440fe15e0SLoGin             .iter()
915*cf7f801eSMemoryShore             .filter(move |v| v.lock_irqsave().region.intersect(&request).is_some())
91640fe15e0SLoGin             .cloned();
91740fe15e0SLoGin         return r;
91840fe15e0SLoGin     }
91940fe15e0SLoGin 
92040fe15e0SLoGin     /// 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。
92140fe15e0SLoGin     ///
92240fe15e0SLoGin     /// @param min_vaddr 最小的起始地址
92340fe15e0SLoGin     /// @param size 请求的大小
92440fe15e0SLoGin     ///
92540fe15e0SLoGin     /// @return 如果找到了,返回虚拟内存范围,否则返回None
92640fe15e0SLoGin     pub fn find_free(&self, min_vaddr: VirtAddr, size: usize) -> Option<VirtRegion> {
92740fe15e0SLoGin         let _vaddr = min_vaddr;
92840fe15e0SLoGin         let mut iter = self
92940fe15e0SLoGin             .vm_holes
93040fe15e0SLoGin             .iter()
93140fe15e0SLoGin             .skip_while(|(hole_vaddr, hole_size)| hole_vaddr.add(**hole_size) <= min_vaddr);
93240fe15e0SLoGin 
93340fe15e0SLoGin         let (hole_vaddr, size) = iter.find(|(hole_vaddr, hole_size)| {
93440fe15e0SLoGin             // 计算当前空洞的可用大小
93540fe15e0SLoGin             let available_size: usize =
93640fe15e0SLoGin                 if hole_vaddr <= &&min_vaddr && min_vaddr <= hole_vaddr.add(**hole_size) {
93740fe15e0SLoGin                     **hole_size - (min_vaddr - **hole_vaddr)
93840fe15e0SLoGin                 } else {
93940fe15e0SLoGin                     **hole_size
94040fe15e0SLoGin                 };
94140fe15e0SLoGin 
94240fe15e0SLoGin             size <= available_size
94340fe15e0SLoGin         })?;
94440fe15e0SLoGin 
94540fe15e0SLoGin         // 创建一个新的虚拟内存范围。
94640fe15e0SLoGin         let region = VirtRegion::new(cmp::max(*hole_vaddr, min_vaddr), *size);
9474cfa009bSJomo 
94840fe15e0SLoGin         return Some(region);
94940fe15e0SLoGin     }
95040fe15e0SLoGin 
95140fe15e0SLoGin     pub fn find_free_at(
95240fe15e0SLoGin         &self,
95340fe15e0SLoGin         min_vaddr: VirtAddr,
95440fe15e0SLoGin         vaddr: VirtAddr,
95540fe15e0SLoGin         size: usize,
95640fe15e0SLoGin         flags: MapFlags,
95740fe15e0SLoGin     ) -> Result<VirtRegion, SystemError> {
95840fe15e0SLoGin         // 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。
95940fe15e0SLoGin         if vaddr == VirtAddr::new(0) {
96040fe15e0SLoGin             return self.find_free(min_vaddr, size).ok_or(SystemError::ENOMEM);
96140fe15e0SLoGin         }
96240fe15e0SLoGin 
96340fe15e0SLoGin         // 如果指定了地址,那么就检查指定的地址是否可用。
96440fe15e0SLoGin 
96540fe15e0SLoGin         let requested = VirtRegion::new(vaddr, size);
96640fe15e0SLoGin 
96740fe15e0SLoGin         if requested.end() >= MMArch::USER_END_VADDR || !vaddr.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE) {
96840fe15e0SLoGin             return Err(SystemError::EINVAL);
96940fe15e0SLoGin         }
97040fe15e0SLoGin 
97140fe15e0SLoGin         if let Some(_x) = self.conflicts(requested).next() {
97240fe15e0SLoGin             if flags.contains(MapFlags::MAP_FIXED_NOREPLACE) {
97340fe15e0SLoGin                 // 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
97440fe15e0SLoGin                 return Err(SystemError::EEXIST);
97540fe15e0SLoGin             }
97640fe15e0SLoGin 
97740fe15e0SLoGin             if flags.contains(MapFlags::MAP_FIXED) {
97840fe15e0SLoGin                 // todo: 支持MAP_FIXED标志对已有的VMA进行覆盖
9791074eb34SSamuel Dai                 return Err(SystemError::ENOSYS);
98040fe15e0SLoGin             }
98140fe15e0SLoGin 
98240fe15e0SLoGin             // 如果没有指定MAP_FIXED标志,那么就对地址做修正
98340fe15e0SLoGin             let requested = self.find_free(min_vaddr, size).ok_or(SystemError::ENOMEM)?;
98440fe15e0SLoGin             return Ok(requested);
98540fe15e0SLoGin         }
98640fe15e0SLoGin 
98740fe15e0SLoGin         return Ok(requested);
98840fe15e0SLoGin     }
98940fe15e0SLoGin 
99040fe15e0SLoGin     /// 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。
99140fe15e0SLoGin     /// 该函数会修改vm_holes中的空洞信息。
99240fe15e0SLoGin     ///
99340fe15e0SLoGin     /// @param region 要保留的区域
99440fe15e0SLoGin     ///
99540fe15e0SLoGin     /// 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。
99640fe15e0SLoGin     fn reserve_hole(&mut self, region: &VirtRegion) {
99740fe15e0SLoGin         let prev_hole: Option<(&VirtAddr, &mut usize)> =
998971462beSGnoCiYeH             self.vm_holes.range_mut(..=region.start()).next_back();
99940fe15e0SLoGin 
100040fe15e0SLoGin         if let Some((prev_hole_vaddr, prev_hole_size)) = prev_hole {
100140fe15e0SLoGin             let prev_hole_end = prev_hole_vaddr.add(*prev_hole_size);
100240fe15e0SLoGin 
100340fe15e0SLoGin             if prev_hole_end > region.start() {
100440fe15e0SLoGin                 // 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。
100540fe15e0SLoGin                 *prev_hole_size = region.start().data() - prev_hole_vaddr.data();
100640fe15e0SLoGin             }
100740fe15e0SLoGin 
100840fe15e0SLoGin             if prev_hole_end > region.end() {
100940fe15e0SLoGin                 // 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。
101040fe15e0SLoGin                 self.vm_holes
101140fe15e0SLoGin                     .insert(region.end(), prev_hole_end - region.end());
101240fe15e0SLoGin             }
101340fe15e0SLoGin         }
101440fe15e0SLoGin     }
101540fe15e0SLoGin 
101640fe15e0SLoGin     /// 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。
101740fe15e0SLoGin     /// 该函数会修改vm_holes中的空洞信息。
101840fe15e0SLoGin     fn unreserve_hole(&mut self, region: &VirtRegion) {
101940fe15e0SLoGin         // 如果将要插入的空洞与后一个空洞相邻,那么就需要合并。
102040fe15e0SLoGin         let next_hole_size: Option<usize> = self.vm_holes.remove(&region.end());
102140fe15e0SLoGin 
102240fe15e0SLoGin         if let Some((_prev_hole_vaddr, prev_hole_size)) = self
102340fe15e0SLoGin             .vm_holes
102440fe15e0SLoGin             .range_mut(..region.start())
102540fe15e0SLoGin             .next_back()
102640fe15e0SLoGin             .filter(|(offset, size)| offset.data() + **size == region.start().data())
102740fe15e0SLoGin         {
102840fe15e0SLoGin             *prev_hole_size += region.size() + next_hole_size.unwrap_or(0);
102940fe15e0SLoGin         } else {
103040fe15e0SLoGin             self.vm_holes
103140fe15e0SLoGin                 .insert(region.start(), region.size() + next_hole_size.unwrap_or(0));
103240fe15e0SLoGin         }
103340fe15e0SLoGin     }
103440fe15e0SLoGin 
103540fe15e0SLoGin     /// 在当前进程的映射关系中,插入一个新的VMA。
103640fe15e0SLoGin     pub fn insert_vma(&mut self, vma: Arc<LockedVMA>) {
1037*cf7f801eSMemoryShore         let region = vma.lock_irqsave().region;
103840fe15e0SLoGin         // 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。
103940fe15e0SLoGin         assert!(self.conflicts(region).next().is_none());
104040fe15e0SLoGin         self.reserve_hole(&region);
104140fe15e0SLoGin 
104240fe15e0SLoGin         self.vmas.insert(vma);
104340fe15e0SLoGin     }
104440fe15e0SLoGin 
104540fe15e0SLoGin     /// @brief 删除一个VMA,并把对应的地址空间加入空洞中。
104640fe15e0SLoGin     ///
104740fe15e0SLoGin     /// 这里不会取消VMA对应的地址的映射
104840fe15e0SLoGin     ///
104940fe15e0SLoGin     /// @param region 要删除的VMA所在的地址范围
105040fe15e0SLoGin     ///
105140fe15e0SLoGin     /// @return 如果成功删除了VMA,则返回被删除的VMA,否则返回None
105240fe15e0SLoGin     /// 如果没有可以删除的VMA,则不会执行删除操作,并报告失败。
105340fe15e0SLoGin     pub fn remove_vma(&mut self, region: &VirtRegion) -> Option<Arc<LockedVMA>> {
105440fe15e0SLoGin         // 请注意,由于这里会对每个VMA加锁,因此性能很低
105540fe15e0SLoGin         let vma: Arc<LockedVMA> = self
105640fe15e0SLoGin             .vmas
1057*cf7f801eSMemoryShore             .drain_filter(|vma| vma.lock_irqsave().region == *region)
105840fe15e0SLoGin             .next()?;
105940fe15e0SLoGin         self.unreserve_hole(region);
106040fe15e0SLoGin 
106140fe15e0SLoGin         return Some(vma);
106240fe15e0SLoGin     }
106340fe15e0SLoGin 
106440fe15e0SLoGin     /// @brief Get the iterator of all VMAs in this process.
106540fe15e0SLoGin     pub fn iter_vmas(&self) -> hashbrown::hash_set::Iter<Arc<LockedVMA>> {
106640fe15e0SLoGin         return self.vmas.iter();
106740fe15e0SLoGin     }
106840fe15e0SLoGin }
106940fe15e0SLoGin 
107040fe15e0SLoGin impl Default for UserMappings {
107140fe15e0SLoGin     fn default() -> Self {
107240fe15e0SLoGin         return Self::new();
107340fe15e0SLoGin     }
107440fe15e0SLoGin }
107540fe15e0SLoGin 
107640fe15e0SLoGin /// 加了锁的VMA
107740fe15e0SLoGin ///
107840fe15e0SLoGin /// 备注:进行性能测试,看看SpinLock和RwLock哪个更快。
107940fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
108056cc4dbeSJomo pub struct LockedVMA {
108156cc4dbeSJomo     /// 用于计算哈希值,避免总是获取vma锁来计算哈希值
108256cc4dbeSJomo     id: usize,
108356cc4dbeSJomo     vma: SpinLock<VMA>,
108456cc4dbeSJomo }
108540fe15e0SLoGin 
108640fe15e0SLoGin impl core::hash::Hash for LockedVMA {
108740fe15e0SLoGin     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
108856cc4dbeSJomo         self.id.hash(state);
108940fe15e0SLoGin     }
109040fe15e0SLoGin }
109140fe15e0SLoGin 
109240fe15e0SLoGin impl PartialEq for LockedVMA {
109340fe15e0SLoGin     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
109456cc4dbeSJomo         self.id.eq(&other.id)
109540fe15e0SLoGin     }
109640fe15e0SLoGin }
109740fe15e0SLoGin 
109840fe15e0SLoGin impl Eq for LockedVMA {}
109940fe15e0SLoGin 
110040fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
110140fe15e0SLoGin impl LockedVMA {
110240fe15e0SLoGin     pub fn new(vma: VMA) -> Arc<Self> {
110356cc4dbeSJomo         let r = Arc::new(Self {
110456cc4dbeSJomo             id: LOCKEDVMA_ID_ALLOCATOR.alloc().unwrap(),
110556cc4dbeSJomo             vma: SpinLock::new(vma),
110656cc4dbeSJomo         });
1107*cf7f801eSMemoryShore         r.vma.lock_irqsave().self_ref = Arc::downgrade(&r);
110840fe15e0SLoGin         return r;
110940fe15e0SLoGin     }
111040fe15e0SLoGin 
11116fc066acSJomo     pub fn id(&self) -> usize {
11126fc066acSJomo         self.id
11136fc066acSJomo     }
11146fc066acSJomo 
111540fe15e0SLoGin     pub fn lock(&self) -> SpinLockGuard<VMA> {
111656cc4dbeSJomo         return self.vma.lock();
111740fe15e0SLoGin     }
111840fe15e0SLoGin 
1119*cf7f801eSMemoryShore     pub fn lock_irqsave(&self) -> SpinLockGuard<VMA> {
1120*cf7f801eSMemoryShore         return self.vma.lock_irqsave();
1121*cf7f801eSMemoryShore     }
1122*cf7f801eSMemoryShore 
112340fe15e0SLoGin     /// 调整当前VMA的页面的标志位
112440fe15e0SLoGin     ///
112540fe15e0SLoGin     /// TODO:增加调整虚拟页映射的物理地址的功能
112640fe15e0SLoGin     ///
112740fe15e0SLoGin     /// @param flags 新的标志位
112840fe15e0SLoGin     /// @param mapper 页表映射器
112940fe15e0SLoGin     /// @param flusher 页表项刷新器
113040fe15e0SLoGin     ///
113140fe15e0SLoGin     pub fn remap(
113240fe15e0SLoGin         &self,
1133*cf7f801eSMemoryShore         flags: EntryFlags<MMArch>,
113440fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
113540fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
113640fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
1137*cf7f801eSMemoryShore         let mut guard = self.lock_irqsave();
113840fe15e0SLoGin         for page in guard.region.pages() {
113940fe15e0SLoGin             // 暂时要求所有的页帧都已经映射到页表
114040fe15e0SLoGin             // 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
114140fe15e0SLoGin             let r = unsafe {
114240fe15e0SLoGin                 mapper
114340fe15e0SLoGin                     .remap(page.virt_address(), flags)
114440fe15e0SLoGin                     .expect("Failed to remap, beacuse of some page is not mapped")
114540fe15e0SLoGin             };
114640fe15e0SLoGin             flusher.consume(r);
114740fe15e0SLoGin         }
114840fe15e0SLoGin         guard.flags = flags;
114940fe15e0SLoGin         return Ok(());
115040fe15e0SLoGin     }
115140fe15e0SLoGin 
115240fe15e0SLoGin     pub fn unmap(&self, mapper: &mut PageMapper, mut flusher: impl Flusher<MMArch>) {
11531a62e776SLoGin         // todo: 如果当前vma与文件相关,完善文件相关的逻辑
11541a62e776SLoGin 
1155*cf7f801eSMemoryShore         let mut guard = self.lock_irqsave();
115656cc4dbeSJomo 
115756cc4dbeSJomo         // 获取物理页的anon_vma的守卫
11586fc066acSJomo         let mut page_manager_guard: SpinLockGuard<'_, crate::mm::page::PageManager> =
11596fc066acSJomo             page_manager_lock_irqsave();
116040fe15e0SLoGin         for page in guard.region.pages() {
1161a17651b1SMemoryShore             if mapper.translate(page.virt_address()).is_none() {
1162a17651b1SMemoryShore                 continue;
1163a17651b1SMemoryShore             }
116440fe15e0SLoGin             let (paddr, _, flush) = unsafe { mapper.unmap_phys(page.virt_address(), true) }
116540fe15e0SLoGin                 .expect("Failed to unmap, beacuse of some page is not mapped");
116640fe15e0SLoGin 
116756cc4dbeSJomo             // 从anon_vma中删除当前VMA
1168*cf7f801eSMemoryShore             let page = page_manager_guard.get_unwrap(&paddr);
1169*cf7f801eSMemoryShore             page.write_irqsave().remove_vma(self);
117040fe15e0SLoGin 
117156cc4dbeSJomo             // 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.
1172*cf7f801eSMemoryShore             if page.read_irqsave().can_deallocate() {
117356cc4dbeSJomo                 unsafe {
1174*cf7f801eSMemoryShore                     drop(page);
117556cc4dbeSJomo                     deallocate_page_frames(
117656cc4dbeSJomo                         PhysPageFrame::new(paddr),
117756cc4dbeSJomo                         PageFrameCount::new(1),
11786fc066acSJomo                         &mut page_manager_guard,
117956cc4dbeSJomo                     )
118056cc4dbeSJomo                 };
118156cc4dbeSJomo             }
118240fe15e0SLoGin 
118340fe15e0SLoGin             flusher.consume(flush);
118440fe15e0SLoGin         }
118540fe15e0SLoGin         guard.mapped = false;
1186*cf7f801eSMemoryShore 
1187*cf7f801eSMemoryShore         // 当vma对应共享文件的写映射时,唤醒脏页回写线程
1188*cf7f801eSMemoryShore         if guard.vm_file().is_some()
1189*cf7f801eSMemoryShore             && guard
1190*cf7f801eSMemoryShore                 .vm_flags()
1191*cf7f801eSMemoryShore                 .contains(VmFlags::VM_SHARED | VmFlags::VM_WRITE)
1192*cf7f801eSMemoryShore         {
1193*cf7f801eSMemoryShore             crate::mm::page::PageReclaimer::wakeup_claim_thread();
1194*cf7f801eSMemoryShore         }
119540fe15e0SLoGin     }
119640fe15e0SLoGin 
119740fe15e0SLoGin     pub fn mapped(&self) -> bool {
1198*cf7f801eSMemoryShore         return self.vma.lock_irqsave().mapped;
119940fe15e0SLoGin     }
120040fe15e0SLoGin 
120140fe15e0SLoGin     /// 将当前VMA进行切分,切分成3个VMA,分别是:
120240fe15e0SLoGin     ///
120340fe15e0SLoGin     /// 1. 前面的VMA,如果没有则为None
120440fe15e0SLoGin     /// 2. 中间的VMA,也就是传入的Region
120540fe15e0SLoGin     /// 3. 后面的VMA,如果没有则为None
120656cc4dbeSJomo     pub fn extract(&self, region: VirtRegion, utable: &PageMapper) -> Option<VMASplitResult> {
120740fe15e0SLoGin         assert!(region.start().check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
120840fe15e0SLoGin         assert!(region.end().check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
120940fe15e0SLoGin 
1210*cf7f801eSMemoryShore         let mut guard = self.lock_irqsave();
121140fe15e0SLoGin         {
121240fe15e0SLoGin             // 如果传入的region不在当前VMA的范围内,则直接返回None
121340fe15e0SLoGin             if unlikely(region.start() < guard.region.start() || region.end() > guard.region.end())
121440fe15e0SLoGin             {
121540fe15e0SLoGin                 return None;
121640fe15e0SLoGin             }
121740fe15e0SLoGin 
121840fe15e0SLoGin             let intersect: Option<VirtRegion> = guard.region.intersect(&region);
121940fe15e0SLoGin             // 如果当前VMA不包含region,则直接返回None
122040fe15e0SLoGin             if unlikely(intersect.is_none()) {
122140fe15e0SLoGin                 return None;
122240fe15e0SLoGin             }
122340fe15e0SLoGin             let intersect: VirtRegion = intersect.unwrap();
122440fe15e0SLoGin             if unlikely(intersect == guard.region) {
122540fe15e0SLoGin                 // 如果当前VMA完全包含region,则直接返回当前VMA
1226b5b571e0SLoGin                 return Some(VMASplitResult::new(
1227b5b571e0SLoGin                     None,
1228b5b571e0SLoGin                     guard.self_ref.upgrade().unwrap(),
1229b5b571e0SLoGin                     None,
1230b5b571e0SLoGin                 ));
123140fe15e0SLoGin             }
123240fe15e0SLoGin         }
123340fe15e0SLoGin 
123440fe15e0SLoGin         let before: Option<Arc<LockedVMA>> = guard.region.before(&region).map(|virt_region| {
123540fe15e0SLoGin             let mut vma: VMA = unsafe { guard.clone() };
123640fe15e0SLoGin             vma.region = virt_region;
1237de199e3cSMemoryShore             vma.mapped = false;
123840fe15e0SLoGin             let vma: Arc<LockedVMA> = LockedVMA::new(vma);
123940fe15e0SLoGin             vma
124040fe15e0SLoGin         });
124140fe15e0SLoGin 
124240fe15e0SLoGin         let after: Option<Arc<LockedVMA>> = guard.region.after(&region).map(|virt_region| {
124340fe15e0SLoGin             let mut vma: VMA = unsafe { guard.clone() };
124440fe15e0SLoGin             vma.region = virt_region;
1245de199e3cSMemoryShore             vma.mapped = false;
124640fe15e0SLoGin             let vma: Arc<LockedVMA> = LockedVMA::new(vma);
124740fe15e0SLoGin             vma
124840fe15e0SLoGin         });
124940fe15e0SLoGin 
125056cc4dbeSJomo         // 重新设置before、after这两个VMA里面的物理页的anon_vma
12516fc066acSJomo         let mut page_manager_guard = page_manager_lock_irqsave();
125256cc4dbeSJomo         if let Some(before) = before.clone() {
1253*cf7f801eSMemoryShore             let virt_iter = before.lock_irqsave().region.iter_pages();
125456cc4dbeSJomo             for frame in virt_iter {
1255de199e3cSMemoryShore                 if let Some((paddr, _)) = utable.translate(frame.virt_address()) {
1256*cf7f801eSMemoryShore                     let page = page_manager_guard.get_unwrap(&paddr);
1257*cf7f801eSMemoryShore                     let mut page_guard = page.write_irqsave();
1258*cf7f801eSMemoryShore                     page_guard.insert_vma(before.clone());
1259*cf7f801eSMemoryShore                     page_guard.remove_vma(self);
1260*cf7f801eSMemoryShore                     before.lock_irqsave().mapped = true;
1261de199e3cSMemoryShore                 }
126256cc4dbeSJomo             }
126356cc4dbeSJomo         }
126440fe15e0SLoGin 
126556cc4dbeSJomo         if let Some(after) = after.clone() {
1266*cf7f801eSMemoryShore             let virt_iter = after.lock_irqsave().region.iter_pages();
126756cc4dbeSJomo             for frame in virt_iter {
1268de199e3cSMemoryShore                 if let Some((paddr, _)) = utable.translate(frame.virt_address()) {
1269*cf7f801eSMemoryShore                     let page = page_manager_guard.get_unwrap(&paddr);
1270*cf7f801eSMemoryShore                     let mut page_guard = page.write_irqsave();
1271*cf7f801eSMemoryShore                     page_guard.insert_vma(after.clone());
1272*cf7f801eSMemoryShore                     page_guard.remove_vma(self);
1273*cf7f801eSMemoryShore                     after.lock_irqsave().mapped = true;
1274de199e3cSMemoryShore                 }
127556cc4dbeSJomo             }
127656cc4dbeSJomo         }
127756cc4dbeSJomo 
127856cc4dbeSJomo         guard.region = region;
127940fe15e0SLoGin 
1280b5b571e0SLoGin         return Some(VMASplitResult::new(
1281b5b571e0SLoGin             before,
1282b5b571e0SLoGin             guard.self_ref.upgrade().unwrap(),
1283b5b571e0SLoGin             after,
1284b5b571e0SLoGin         ));
1285b5b571e0SLoGin     }
1286a17651b1SMemoryShore 
1287a17651b1SMemoryShore     /// 判断VMA是否为外部(非当前进程空间)的VMA
1288a17651b1SMemoryShore     pub fn is_foreign(&self) -> bool {
1289*cf7f801eSMemoryShore         let guard = self.lock_irqsave();
1290a17651b1SMemoryShore         if let Some(space) = guard.user_address_space.clone() {
1291a17651b1SMemoryShore             if let Some(space) = space.upgrade() {
1292a17651b1SMemoryShore                 return AddressSpace::is_current(&space);
1293a17651b1SMemoryShore             } else {
1294a17651b1SMemoryShore                 return true;
1295a17651b1SMemoryShore             }
1296a17651b1SMemoryShore         } else {
1297a17651b1SMemoryShore             return true;
1298a17651b1SMemoryShore         }
1299a17651b1SMemoryShore     }
1300a17651b1SMemoryShore 
1301a17651b1SMemoryShore     /// 判断VMA是否可访问
1302a17651b1SMemoryShore     pub fn is_accessible(&self) -> bool {
1303*cf7f801eSMemoryShore         let guard = self.lock_irqsave();
1304a17651b1SMemoryShore         let vm_access_flags: VmFlags = VmFlags::VM_READ | VmFlags::VM_WRITE | VmFlags::VM_EXEC;
1305a17651b1SMemoryShore         guard.vm_flags().intersects(vm_access_flags)
1306a17651b1SMemoryShore     }
1307a17651b1SMemoryShore 
1308a17651b1SMemoryShore     /// 判断VMA是否为匿名映射
1309a17651b1SMemoryShore     pub fn is_anonymous(&self) -> bool {
1310*cf7f801eSMemoryShore         let guard = self.lock_irqsave();
1311*cf7f801eSMemoryShore         guard.vm_file.is_none()
1312a17651b1SMemoryShore     }
1313a17651b1SMemoryShore 
1314a17651b1SMemoryShore     /// 判断VMA是否为大页映射
1315a17651b1SMemoryShore     pub fn is_hugepage(&self) -> bool {
1316a17651b1SMemoryShore         //TODO: 实现巨页映射判断逻辑,目前不支持巨页映射
1317a17651b1SMemoryShore         false
1318a17651b1SMemoryShore     }
1319b5b571e0SLoGin }
1320b5b571e0SLoGin 
132156cc4dbeSJomo impl Drop for LockedVMA {
132256cc4dbeSJomo     fn drop(&mut self) {
132356cc4dbeSJomo         LOCKEDVMA_ID_ALLOCATOR.free(self.id);
132456cc4dbeSJomo     }
132556cc4dbeSJomo }
132656cc4dbeSJomo 
1327b5b571e0SLoGin /// VMA切分结果
1328bd70d2d1SLoGin #[allow(dead_code)]
1329b5b571e0SLoGin pub struct VMASplitResult {
1330b5b571e0SLoGin     pub prev: Option<Arc<LockedVMA>>,
1331b5b571e0SLoGin     pub middle: Arc<LockedVMA>,
1332b5b571e0SLoGin     pub after: Option<Arc<LockedVMA>>,
1333b5b571e0SLoGin }
1334b5b571e0SLoGin 
1335b5b571e0SLoGin impl VMASplitResult {
1336b5b571e0SLoGin     pub fn new(
1337b5b571e0SLoGin         prev: Option<Arc<LockedVMA>>,
1338b5b571e0SLoGin         middle: Arc<LockedVMA>,
1339b5b571e0SLoGin         post: Option<Arc<LockedVMA>>,
1340b5b571e0SLoGin     ) -> Self {
1341b5b571e0SLoGin         Self {
1342b5b571e0SLoGin             prev,
1343b5b571e0SLoGin             middle,
1344b5b571e0SLoGin             after: post,
1345b5b571e0SLoGin         }
134640fe15e0SLoGin     }
134740fe15e0SLoGin }
134840fe15e0SLoGin 
134940fe15e0SLoGin /// @brief 虚拟内存区域
135040fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
135140fe15e0SLoGin pub struct VMA {
135240fe15e0SLoGin     /// 虚拟内存区域对应的虚拟地址范围
135340fe15e0SLoGin     region: VirtRegion,
13544cfa009bSJomo     /// 虚拟内存区域标志
13554cfa009bSJomo     vm_flags: VmFlags,
135640fe15e0SLoGin     /// VMA内的页帧的标志
1357*cf7f801eSMemoryShore     flags: EntryFlags<MMArch>,
135840fe15e0SLoGin     /// VMA内的页帧是否已经映射到页表
135940fe15e0SLoGin     mapped: bool,
136040fe15e0SLoGin     /// VMA所属的用户地址空间
136140fe15e0SLoGin     user_address_space: Option<Weak<AddressSpace>>,
136240fe15e0SLoGin     self_ref: Weak<LockedVMA>,
1363971462beSGnoCiYeH 
1364*cf7f801eSMemoryShore     vm_file: Option<Arc<File>>,
1365*cf7f801eSMemoryShore     /// VMA映射的文件部分相对于整个文件的偏移页数
1366*cf7f801eSMemoryShore     file_pgoff: Option<usize>,
1367*cf7f801eSMemoryShore 
1368971462beSGnoCiYeH     provider: Provider,
136940fe15e0SLoGin }
137040fe15e0SLoGin 
137140fe15e0SLoGin impl core::hash::Hash for VMA {
137240fe15e0SLoGin     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
137340fe15e0SLoGin         self.region.hash(state);
137440fe15e0SLoGin         self.flags.hash(state);
137540fe15e0SLoGin         self.mapped.hash(state);
137640fe15e0SLoGin     }
137740fe15e0SLoGin }
137840fe15e0SLoGin 
1379971462beSGnoCiYeH /// 描述不同类型的内存提供者或资源
1380971462beSGnoCiYeH #[derive(Debug)]
1381971462beSGnoCiYeH pub enum Provider {
1382971462beSGnoCiYeH     Allocated, // TODO:其他
1383971462beSGnoCiYeH }
1384971462beSGnoCiYeH 
138540fe15e0SLoGin #[allow(dead_code)]
138640fe15e0SLoGin impl VMA {
13874cfa009bSJomo     pub fn new(
13884cfa009bSJomo         region: VirtRegion,
13894cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
1390*cf7f801eSMemoryShore         flags: EntryFlags<MMArch>,
1391*cf7f801eSMemoryShore         file: Option<Arc<File>>,
1392*cf7f801eSMemoryShore         pgoff: Option<usize>,
13934cfa009bSJomo         mapped: bool,
13944cfa009bSJomo     ) -> Self {
13954cfa009bSJomo         VMA {
13964cfa009bSJomo             region,
13974cfa009bSJomo             vm_flags,
13984cfa009bSJomo             flags,
13994cfa009bSJomo             mapped,
14004cfa009bSJomo             user_address_space: None,
14014cfa009bSJomo             self_ref: Weak::default(),
14024cfa009bSJomo             provider: Provider::Allocated,
1403*cf7f801eSMemoryShore             vm_file: file,
1404*cf7f801eSMemoryShore             file_pgoff: pgoff,
14054cfa009bSJomo         }
14064cfa009bSJomo     }
14074cfa009bSJomo 
140840fe15e0SLoGin     pub fn region(&self) -> &VirtRegion {
140940fe15e0SLoGin         return &self.region;
141040fe15e0SLoGin     }
141140fe15e0SLoGin 
14124cfa009bSJomo     pub fn vm_flags(&self) -> &VmFlags {
14134cfa009bSJomo         return &self.vm_flags;
14144cfa009bSJomo     }
14154cfa009bSJomo 
1416*cf7f801eSMemoryShore     pub fn vm_file(&self) -> Option<Arc<File>> {
1417*cf7f801eSMemoryShore         return self.vm_file.clone();
1418*cf7f801eSMemoryShore     }
1419*cf7f801eSMemoryShore 
1420*cf7f801eSMemoryShore     pub fn address_space(&self) -> Option<Weak<AddressSpace>> {
1421*cf7f801eSMemoryShore         return self.user_address_space.clone();
1422*cf7f801eSMemoryShore     }
1423*cf7f801eSMemoryShore 
14244cfa009bSJomo     pub fn set_vm_flags(&mut self, vm_flags: VmFlags) {
14254cfa009bSJomo         self.vm_flags = vm_flags;
14264cfa009bSJomo     }
14274cfa009bSJomo 
14284cfa009bSJomo     pub fn set_region_size(&mut self, new_region_size: usize) {
14294cfa009bSJomo         self.region.set_size(new_region_size);
14304cfa009bSJomo     }
14314cfa009bSJomo 
14326fc066acSJomo     pub fn set_mapped(&mut self, mapped: bool) {
14336fc066acSJomo         self.mapped = mapped;
14346fc066acSJomo     }
14356fc066acSJomo 
1436*cf7f801eSMemoryShore     pub fn set_flags(&mut self) {
1437*cf7f801eSMemoryShore         self.flags = MMArch::vm_get_page_prot(self.vm_flags);
1438*cf7f801eSMemoryShore     }
1439*cf7f801eSMemoryShore 
144040fe15e0SLoGin     /// # 拷贝当前VMA的内容
144140fe15e0SLoGin     ///
144240fe15e0SLoGin     /// ### 安全性
144340fe15e0SLoGin     ///
144440fe15e0SLoGin     /// 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。
144540fe15e0SLoGin     pub unsafe fn clone(&self) -> Self {
144640fe15e0SLoGin         return Self {
144740fe15e0SLoGin             region: self.region,
14484cfa009bSJomo             vm_flags: self.vm_flags,
144940fe15e0SLoGin             flags: self.flags,
145040fe15e0SLoGin             mapped: self.mapped,
145140fe15e0SLoGin             user_address_space: self.user_address_space.clone(),
145240fe15e0SLoGin             self_ref: self.self_ref.clone(),
1453971462beSGnoCiYeH             provider: Provider::Allocated,
1454*cf7f801eSMemoryShore             file_pgoff: self.file_pgoff,
1455*cf7f801eSMemoryShore             vm_file: self.vm_file.clone(),
145640fe15e0SLoGin         };
145740fe15e0SLoGin     }
145840fe15e0SLoGin 
1459a17651b1SMemoryShore     pub fn clone_info_only(&self) -> Self {
1460a17651b1SMemoryShore         return Self {
1461a17651b1SMemoryShore             region: self.region,
1462a17651b1SMemoryShore             vm_flags: self.vm_flags,
1463a17651b1SMemoryShore             flags: self.flags,
1464a17651b1SMemoryShore             mapped: self.mapped,
1465a17651b1SMemoryShore             user_address_space: None,
1466a17651b1SMemoryShore             self_ref: Weak::default(),
1467a17651b1SMemoryShore             provider: Provider::Allocated,
1468*cf7f801eSMemoryShore             file_pgoff: self.file_pgoff,
1469*cf7f801eSMemoryShore             vm_file: self.vm_file.clone(),
1470a17651b1SMemoryShore         };
1471a17651b1SMemoryShore     }
1472a17651b1SMemoryShore 
147340fe15e0SLoGin     #[inline(always)]
1474*cf7f801eSMemoryShore     pub fn flags(&self) -> EntryFlags<MMArch> {
147540fe15e0SLoGin         return self.flags;
147640fe15e0SLoGin     }
147740fe15e0SLoGin 
1478*cf7f801eSMemoryShore     #[inline(always)]
1479*cf7f801eSMemoryShore     pub fn file_page_offset(&self) -> Option<usize> {
1480*cf7f801eSMemoryShore         return self.file_pgoff;
1481*cf7f801eSMemoryShore     }
1482*cf7f801eSMemoryShore 
148340fe15e0SLoGin     pub fn pages(&self) -> VirtPageFrameIter {
148440fe15e0SLoGin         return VirtPageFrameIter::new(
148540fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(self.region.start()),
148640fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(self.region.end()),
148740fe15e0SLoGin         );
148840fe15e0SLoGin     }
148940fe15e0SLoGin 
149040fe15e0SLoGin     pub fn remap(
149140fe15e0SLoGin         &mut self,
1492*cf7f801eSMemoryShore         flags: EntryFlags<MMArch>,
149340fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
149440fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
149540fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
149640fe15e0SLoGin         for page in self.region.pages() {
14972eab6dd7S曾俊             // debug!("remap page {:?}", page.virt_address());
1498a17651b1SMemoryShore             if mapper.translate(page.virt_address()).is_some() {
149940fe15e0SLoGin                 let r = unsafe {
150040fe15e0SLoGin                     mapper
150140fe15e0SLoGin                         .remap(page.virt_address(), flags)
1502a17651b1SMemoryShore                         .expect("Failed to remap")
150340fe15e0SLoGin                 };
150440fe15e0SLoGin                 flusher.consume(r);
1505a17651b1SMemoryShore             }
15062eab6dd7S曾俊             // debug!("consume page {:?}", page.virt_address());
15072eab6dd7S曾俊             // debug!("remap page {:?} done", page.virt_address());
150840fe15e0SLoGin         }
150940fe15e0SLoGin         self.flags = flags;
151040fe15e0SLoGin         return Ok(());
151140fe15e0SLoGin     }
151240fe15e0SLoGin 
151340fe15e0SLoGin     /// 检查当前VMA是否可以拥有指定的标志位
151440fe15e0SLoGin     ///
151540fe15e0SLoGin     /// ## 参数
151640fe15e0SLoGin     ///
151740fe15e0SLoGin     /// - `prot_flags` 要检查的标志位
151840fe15e0SLoGin     pub fn can_have_flags(&self, prot_flags: ProtFlags) -> bool {
1519971462beSGnoCiYeH         let is_downgrade = (self.flags.has_write() || !prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_WRITE))
152040fe15e0SLoGin             && (self.flags.has_execute() || !prot_flags.contains(ProtFlags::PROT_EXEC));
1521971462beSGnoCiYeH 
1522971462beSGnoCiYeH         match self.provider {
1523971462beSGnoCiYeH             Provider::Allocated { .. } => true,
1524971462beSGnoCiYeH 
1525971462beSGnoCiYeH             #[allow(unreachable_patterns)]
1526971462beSGnoCiYeH             _ => is_downgrade,
1527971462beSGnoCiYeH         }
152840fe15e0SLoGin     }
152940fe15e0SLoGin 
153040fe15e0SLoGin     /// 把物理地址映射到虚拟地址
153140fe15e0SLoGin     ///
153240fe15e0SLoGin     /// @param phys 要映射的物理地址
153340fe15e0SLoGin     /// @param destination 要映射到的虚拟地址
153440fe15e0SLoGin     /// @param count 要映射的页帧数量
153540fe15e0SLoGin     /// @param flags 页面标志位
153640fe15e0SLoGin     /// @param mapper 页表映射器
153740fe15e0SLoGin     /// @param flusher 页表项刷新器
153840fe15e0SLoGin     ///
153940fe15e0SLoGin     /// @return 返回映射后的虚拟内存区域
154040fe15e0SLoGin     pub fn physmap(
154140fe15e0SLoGin         phys: PhysPageFrame,
154240fe15e0SLoGin         destination: VirtPageFrame,
154340fe15e0SLoGin         count: PageFrameCount,
15444cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
1545*cf7f801eSMemoryShore         flags: EntryFlags<MMArch>,
154640fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
154740fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
154840fe15e0SLoGin     ) -> Result<Arc<LockedVMA>, SystemError> {
154940fe15e0SLoGin         let mut cur_phy = phys;
155040fe15e0SLoGin         let mut cur_dest = destination;
155140fe15e0SLoGin 
155240fe15e0SLoGin         for _ in 0..count.data() {
155340fe15e0SLoGin             // 将物理页帧映射到虚拟页帧
155456cc4dbeSJomo             let r =
155556cc4dbeSJomo                 unsafe { mapper.map_phys(cur_dest.virt_address(), cur_phy.phys_address(), flags) }
155640fe15e0SLoGin                     .expect("Failed to map phys, may be OOM error");
155740fe15e0SLoGin 
155840fe15e0SLoGin             // todo: 增加OOM处理
155940fe15e0SLoGin 
156040fe15e0SLoGin             // 刷新TLB
156140fe15e0SLoGin             flusher.consume(r);
156240fe15e0SLoGin 
156340fe15e0SLoGin             cur_phy = cur_phy.next();
156440fe15e0SLoGin             cur_dest = cur_dest.next();
156540fe15e0SLoGin         }
156640fe15e0SLoGin 
1567*cf7f801eSMemoryShore         let r: Arc<LockedVMA> = LockedVMA::new(VMA::new(
1568*cf7f801eSMemoryShore             VirtRegion::new(destination.virt_address(), count.data() * MMArch::PAGE_SIZE),
15694cfa009bSJomo             vm_flags,
157040fe15e0SLoGin             flags,
1571*cf7f801eSMemoryShore             None,
1572*cf7f801eSMemoryShore             None,
1573*cf7f801eSMemoryShore             true,
1574*cf7f801eSMemoryShore         ));
157556cc4dbeSJomo 
157656cc4dbeSJomo         // 将VMA加入到anon_vma中
15776fc066acSJomo         let mut page_manager_guard = page_manager_lock_irqsave();
157856cc4dbeSJomo         cur_phy = phys;
157956cc4dbeSJomo         for _ in 0..count.data() {
158056cc4dbeSJomo             let paddr = cur_phy.phys_address();
1581*cf7f801eSMemoryShore             let page = page_manager_guard.get_unwrap(&paddr);
1582*cf7f801eSMemoryShore             page.write_irqsave().insert_vma(r.clone());
158356cc4dbeSJomo             cur_phy = cur_phy.next();
158456cc4dbeSJomo         }
158556cc4dbeSJomo 
158640fe15e0SLoGin         return Ok(r);
158740fe15e0SLoGin     }
158840fe15e0SLoGin 
158940fe15e0SLoGin     /// 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
1590*cf7f801eSMemoryShore     /// ## 参数
159140fe15e0SLoGin     ///
1592*cf7f801eSMemoryShore     /// - `destination`: 要映射到的虚拟地址
1593*cf7f801eSMemoryShore     /// - `page_count`: 要映射的页帧数量
1594*cf7f801eSMemoryShore     /// - `vm_flags`: VMA标志位
1595*cf7f801eSMemoryShore     /// - `flags`: 页面标志位
1596*cf7f801eSMemoryShore     /// - `mapper`: 页表映射器
1597*cf7f801eSMemoryShore     /// - `flusher`: 页表项刷新器
1598*cf7f801eSMemoryShore     /// - `file`: 映射文件
1599*cf7f801eSMemoryShore     /// - `pgoff`: 返回映射后的虚拟内存区域
160040fe15e0SLoGin     ///
1601*cf7f801eSMemoryShore     /// ## 返回值
1602*cf7f801eSMemoryShore     /// - 页面错误处理信息标志
1603*cf7f801eSMemoryShore     #[allow(clippy::too_many_arguments)]
160440fe15e0SLoGin     pub fn zeroed(
160540fe15e0SLoGin         destination: VirtPageFrame,
160640fe15e0SLoGin         page_count: PageFrameCount,
16074cfa009bSJomo         vm_flags: VmFlags,
1608*cf7f801eSMemoryShore         flags: EntryFlags<MMArch>,
160940fe15e0SLoGin         mapper: &mut PageMapper,
161040fe15e0SLoGin         mut flusher: impl Flusher<MMArch>,
1611*cf7f801eSMemoryShore         file: Option<Arc<File>>,
1612*cf7f801eSMemoryShore         pgoff: Option<usize>,
161340fe15e0SLoGin     ) -> Result<Arc<LockedVMA>, SystemError> {
161440fe15e0SLoGin         let mut cur_dest: VirtPageFrame = destination;
16152eab6dd7S曾俊         // debug!(
161640fe15e0SLoGin         //     "VMA::zeroed: page_count = {:?}, destination={destination:?}",
161740fe15e0SLoGin         //     page_count
161840fe15e0SLoGin         // );
161940fe15e0SLoGin         for _ in 0..page_count.data() {
16202eab6dd7S曾俊             // debug!(
162140fe15e0SLoGin             //     "VMA::zeroed: cur_dest={cur_dest:?}, vaddr = {:?}",
162240fe15e0SLoGin             //     cur_dest.virt_address()
162340fe15e0SLoGin             // );
162440fe15e0SLoGin             let r = unsafe { mapper.map(cur_dest.virt_address(), flags) }
162540fe15e0SLoGin                 .expect("Failed to map zero, may be OOM error");
162640fe15e0SLoGin             // todo: 增加OOM处理
162740fe15e0SLoGin 
162840fe15e0SLoGin             // 稍后再刷新TLB,这里取消刷新
162940fe15e0SLoGin             flusher.consume(r);
163040fe15e0SLoGin             cur_dest = cur_dest.next();
163140fe15e0SLoGin         }
163217dc5589SMemoryShore         let r = LockedVMA::new(VMA::new(
163317dc5589SMemoryShore             VirtRegion::new(
163440fe15e0SLoGin                 destination.virt_address(),
163540fe15e0SLoGin                 page_count.data() * MMArch::PAGE_SIZE,
163640fe15e0SLoGin             ),
16374cfa009bSJomo             vm_flags,
163840fe15e0SLoGin             flags,
1639*cf7f801eSMemoryShore             file,
1640*cf7f801eSMemoryShore             pgoff,
164117dc5589SMemoryShore             true,
164217dc5589SMemoryShore         ));
164340fe15e0SLoGin         drop(flusher);
16442eab6dd7S曾俊         // debug!("VMA::zeroed: flusher dropped");
164540fe15e0SLoGin 
164656cc4dbeSJomo         // 清空这些内存并将VMA加入到anon_vma中
16476fc066acSJomo         let mut page_manager_guard = page_manager_lock_irqsave();
16489550910aSChiichen         let virt_iter: VirtPageFrameIter =
16499550910aSChiichen             VirtPageFrameIter::new(destination, destination.add(page_count));
165040fe15e0SLoGin         for frame in virt_iter {
165140fe15e0SLoGin             let paddr = mapper.translate(frame.virt_address()).unwrap().0;
165240fe15e0SLoGin 
165356cc4dbeSJomo             // 将VMA加入到anon_vma
1654*cf7f801eSMemoryShore             let page = page_manager_guard.get_unwrap(&paddr);
1655*cf7f801eSMemoryShore             page.write_irqsave().insert_vma(r.clone());
165640fe15e0SLoGin         }
16572eab6dd7S曾俊         // debug!("VMA::zeroed: done");
165840fe15e0SLoGin         return Ok(r);
165940fe15e0SLoGin     }
1660*cf7f801eSMemoryShore 
1661*cf7f801eSMemoryShore     pub fn page_address(&self, page: &Arc<Page>) -> Result<VirtAddr, SystemError> {
1662*cf7f801eSMemoryShore         let page_guard = page.read_irqsave();
1663*cf7f801eSMemoryShore         let index = page_guard.index().unwrap();
1664*cf7f801eSMemoryShore         if index >= self.file_pgoff.unwrap() {
1665*cf7f801eSMemoryShore             let address =
1666*cf7f801eSMemoryShore                 self.region.start + ((index - self.file_pgoff.unwrap()) << MMArch::PAGE_SHIFT);
1667*cf7f801eSMemoryShore             if address <= self.region.end() {
1668*cf7f801eSMemoryShore                 return Ok(address);
1669*cf7f801eSMemoryShore             }
1670*cf7f801eSMemoryShore         }
1671*cf7f801eSMemoryShore         return Err(SystemError::EFAULT);
1672*cf7f801eSMemoryShore     }
167340fe15e0SLoGin }
167440fe15e0SLoGin 
167540fe15e0SLoGin impl Drop for VMA {
167640fe15e0SLoGin     fn drop(&mut self) {
167740fe15e0SLoGin         // 当VMA被释放时,需要确保它已经被从页表中解除映射
167840fe15e0SLoGin         assert!(!self.mapped, "VMA is still mapped");
167940fe15e0SLoGin     }
168040fe15e0SLoGin }
168140fe15e0SLoGin 
168240fe15e0SLoGin impl PartialEq for VMA {
168340fe15e0SLoGin     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
168440fe15e0SLoGin         return self.region == other.region;
168540fe15e0SLoGin     }
168640fe15e0SLoGin }
168740fe15e0SLoGin 
168840fe15e0SLoGin impl Eq for VMA {}
168940fe15e0SLoGin 
169040fe15e0SLoGin impl PartialOrd for VMA {
169140fe15e0SLoGin     fn partial_cmp(&self, other: &Self) -> Option<cmp::Ordering> {
1692b5b571e0SLoGin         Some(self.cmp(other))
169340fe15e0SLoGin     }
169440fe15e0SLoGin }
169540fe15e0SLoGin 
169640fe15e0SLoGin impl Ord for VMA {
169740fe15e0SLoGin     fn cmp(&self, other: &Self) -> cmp::Ordering {
169840fe15e0SLoGin         return self.region.cmp(&other.region);
169940fe15e0SLoGin     }
170040fe15e0SLoGin }
170140fe15e0SLoGin 
170240fe15e0SLoGin #[derive(Debug)]
170340fe15e0SLoGin pub struct UserStack {
170440fe15e0SLoGin     // 栈底地址
170540fe15e0SLoGin     stack_bottom: VirtAddr,
170640fe15e0SLoGin     // 当前已映射的大小
170740fe15e0SLoGin     mapped_size: usize,
170840fe15e0SLoGin     /// 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!)
170940fe15e0SLoGin     current_sp: VirtAddr,
171040fe15e0SLoGin }
171140fe15e0SLoGin 
171240fe15e0SLoGin impl UserStack {
171340fe15e0SLoGin     /// 默认的用户栈底地址
171440fe15e0SLoGin     pub const DEFAULT_USER_STACK_BOTTOM: VirtAddr = MMArch::USER_STACK_START;
171540fe15e0SLoGin     /// 默认的用户栈大小为8MB
171640fe15e0SLoGin     pub const DEFAULT_USER_STACK_SIZE: usize = 8 * 1024 * 1024;
171740fe15e0SLoGin     /// 用户栈的保护页数量
171840fe15e0SLoGin     pub const GUARD_PAGES_NUM: usize = 4;
171940fe15e0SLoGin 
172040fe15e0SLoGin     /// 创建一个用户栈
172140fe15e0SLoGin     pub fn new(
172240fe15e0SLoGin         vm: &mut InnerAddressSpace,
172340fe15e0SLoGin         stack_bottom: Option<VirtAddr>,
172440fe15e0SLoGin         stack_size: usize,
172540fe15e0SLoGin     ) -> Result<Self, SystemError> {
172640fe15e0SLoGin         let stack_bottom = stack_bottom.unwrap_or(Self::DEFAULT_USER_STACK_BOTTOM);
172740fe15e0SLoGin         assert!(stack_bottom.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE));
172840fe15e0SLoGin 
172940fe15e0SLoGin         // 分配用户栈的保护页
173040fe15e0SLoGin         let guard_size = Self::GUARD_PAGES_NUM * MMArch::PAGE_SIZE;
173140fe15e0SLoGin         let actual_stack_bottom = stack_bottom - guard_size;
173240fe15e0SLoGin 
173340fe15e0SLoGin         let mut prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE;
1734a17651b1SMemoryShore         let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE
1735a17651b1SMemoryShore             | MapFlags::MAP_ANONYMOUS
1736a17651b1SMemoryShore             | MapFlags::MAP_FIXED_NOREPLACE
1737a17651b1SMemoryShore             | MapFlags::MAP_GROWSDOWN;
17382eab6dd7S曾俊         // debug!(
173940fe15e0SLoGin         //     "map anonymous stack: {:?} {}",
174040fe15e0SLoGin         //     actual_stack_bottom,
174140fe15e0SLoGin         //     guard_size
174240fe15e0SLoGin         // );
174340fe15e0SLoGin         vm.map_anonymous(
174440fe15e0SLoGin             actual_stack_bottom,
174540fe15e0SLoGin             guard_size,
174640fe15e0SLoGin             prot_flags,
174740fe15e0SLoGin             map_flags,
174840fe15e0SLoGin             false,
1749a17651b1SMemoryShore             false,
175040fe15e0SLoGin         )?;
175140fe15e0SLoGin         // test_buddy();
175240fe15e0SLoGin         // 设置保护页只读
175340fe15e0SLoGin         prot_flags.remove(ProtFlags::PROT_WRITE);
17542eab6dd7S曾俊         // debug!(
175540fe15e0SLoGin         //     "to mprotect stack guard pages: {:?} {}",
175640fe15e0SLoGin         //     actual_stack_bottom,
175740fe15e0SLoGin         //     guard_size
175840fe15e0SLoGin         // );
175940fe15e0SLoGin         vm.mprotect(
176040fe15e0SLoGin             VirtPageFrame::new(actual_stack_bottom),
176140fe15e0SLoGin             PageFrameCount::new(Self::GUARD_PAGES_NUM),
176240fe15e0SLoGin             prot_flags,
176340fe15e0SLoGin         )?;
176440fe15e0SLoGin 
17652eab6dd7S曾俊         // debug!(
176640fe15e0SLoGin         //     "mprotect stack guard pages done: {:?} {}",
176740fe15e0SLoGin         //     actual_stack_bottom,
176840fe15e0SLoGin         //     guard_size
176940fe15e0SLoGin         // );
177040fe15e0SLoGin 
177140fe15e0SLoGin         let mut user_stack = UserStack {
177240fe15e0SLoGin             stack_bottom: actual_stack_bottom,
177340fe15e0SLoGin             mapped_size: guard_size,
177440fe15e0SLoGin             current_sp: actual_stack_bottom - guard_size,
177540fe15e0SLoGin         };
177640fe15e0SLoGin 
17772eab6dd7S曾俊         // debug!("extend user stack: {:?} {}", stack_bottom, stack_size);
177840fe15e0SLoGin         // 分配用户栈
177940fe15e0SLoGin         user_stack.initial_extend(vm, stack_size)?;
17802eab6dd7S曾俊         // debug!("user stack created: {:?} {}", stack_bottom, stack_size);
178140fe15e0SLoGin         return Ok(user_stack);
178240fe15e0SLoGin     }
178340fe15e0SLoGin 
178440fe15e0SLoGin     fn initial_extend(
178540fe15e0SLoGin         &mut self,
178640fe15e0SLoGin         vm: &mut InnerAddressSpace,
178740fe15e0SLoGin         mut bytes: usize,
178840fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
178940fe15e0SLoGin         let prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE | ProtFlags::PROT_EXEC;
1790a17651b1SMemoryShore         let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS | MapFlags::MAP_GROWSDOWN;
179140fe15e0SLoGin 
179240fe15e0SLoGin         bytes = page_align_up(bytes);
179340fe15e0SLoGin         self.mapped_size += bytes;
179440fe15e0SLoGin 
179540fe15e0SLoGin         vm.map_anonymous(
179640fe15e0SLoGin             self.stack_bottom - self.mapped_size,
179740fe15e0SLoGin             bytes,
179840fe15e0SLoGin             prot_flags,
179940fe15e0SLoGin             map_flags,
180040fe15e0SLoGin             false,
1801a17651b1SMemoryShore             false,
180240fe15e0SLoGin         )?;
180340fe15e0SLoGin 
180440fe15e0SLoGin         return Ok(());
180540fe15e0SLoGin     }
180640fe15e0SLoGin 
180740fe15e0SLoGin     /// 扩展用户栈
180840fe15e0SLoGin     ///
180940fe15e0SLoGin     /// ## 参数
181040fe15e0SLoGin     ///
181140fe15e0SLoGin     /// - `vm` 用户地址空间结构体
181240fe15e0SLoGin     /// - `bytes` 要扩展的字节数
181340fe15e0SLoGin     ///
181440fe15e0SLoGin     /// ## 返回值
181540fe15e0SLoGin     ///
181640fe15e0SLoGin     /// - **Ok(())** 扩展成功
181740fe15e0SLoGin     /// - **Err(SystemError)** 扩展失败
181840fe15e0SLoGin     #[allow(dead_code)]
181940fe15e0SLoGin     pub fn extend(
182040fe15e0SLoGin         &mut self,
1821a17651b1SMemoryShore         vm: &mut InnerAddressSpace,
182240fe15e0SLoGin         mut bytes: usize,
182340fe15e0SLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
182440fe15e0SLoGin         let prot_flags = ProtFlags::PROT_READ | ProtFlags::PROT_WRITE | ProtFlags::PROT_EXEC;
182540fe15e0SLoGin         let map_flags = MapFlags::MAP_PRIVATE | MapFlags::MAP_ANONYMOUS;
182640fe15e0SLoGin 
182740fe15e0SLoGin         bytes = page_align_up(bytes);
182840fe15e0SLoGin         self.mapped_size += bytes;
182940fe15e0SLoGin 
183040fe15e0SLoGin         vm.map_anonymous(
183140fe15e0SLoGin             self.stack_bottom - self.mapped_size,
183240fe15e0SLoGin             bytes,
183340fe15e0SLoGin             prot_flags,
183440fe15e0SLoGin             map_flags,
183540fe15e0SLoGin             false,
1836a17651b1SMemoryShore             false,
183740fe15e0SLoGin         )?;
183840fe15e0SLoGin 
183940fe15e0SLoGin         return Ok(());
184040fe15e0SLoGin     }
184140fe15e0SLoGin 
184240fe15e0SLoGin     /// 获取栈顶地址
184340fe15e0SLoGin     ///
184440fe15e0SLoGin     /// 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!
184540fe15e0SLoGin     pub fn sp(&self) -> VirtAddr {
184640fe15e0SLoGin         return self.current_sp;
184740fe15e0SLoGin     }
184840fe15e0SLoGin 
184940fe15e0SLoGin     pub unsafe fn set_sp(&mut self, sp: VirtAddr) {
185040fe15e0SLoGin         self.current_sp = sp;
185140fe15e0SLoGin     }
185240fe15e0SLoGin 
185340fe15e0SLoGin     /// 仅仅克隆用户栈的信息,不会克隆用户栈的内容/映射
185440fe15e0SLoGin     pub unsafe fn clone_info_only(&self) -> Self {
185540fe15e0SLoGin         return Self {
185640fe15e0SLoGin             stack_bottom: self.stack_bottom,
185740fe15e0SLoGin             mapped_size: self.mapped_size,
185840fe15e0SLoGin             current_sp: self.current_sp,
185940fe15e0SLoGin         };
186040fe15e0SLoGin     }
186140fe15e0SLoGin 
186240fe15e0SLoGin     /// 获取当前用户栈的大小(不包括保护页)
186340fe15e0SLoGin     pub fn stack_size(&self) -> usize {
186440fe15e0SLoGin         return self.mapped_size - Self::GUARD_PAGES_NUM * MMArch::PAGE_SIZE;
186540fe15e0SLoGin     }
186640fe15e0SLoGin }
1867