new: vma反向映射

kernel/mm/internal.h

@@ -4,26 +4,61 @@
 
 /**
  * @brief 将vma结构体插入mm_struct的链表之中
- * 
+ *
  * @param mm 内存空间分布结构体
  * @param vma 待插入的VMA结构体
  * @param prev 链表的前一个结点
  */
-void __vma_link_list(struct mm_struct * mm, struct vm_area_struct * vma, struct vm_area_struct * prev);
+void __vma_link_list(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma, struct vm_area_struct *prev);
 
 /**
  * @brief 将vma给定结构体从vma链表的结点之中删除
- * 
+ *
  * @param mm 内存空间分布结构体
  * @param vma 待插入的VMA结构体
  */
-void __vma_unlink_list(struct mm_struct * mm, struct vm_area_struct * vma);
+void __vma_unlink_list(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma);
 
 /**
  * @brief 获取指定虚拟地址处映射的物理地址
- * 
+ *
  * @param mm 内存空间分布结构体
  * @param vaddr 虚拟地址
  * @return uint64_t 已映射的物理地址
  */
-uint64_t __mm_get_paddr(struct mm_struct * mm, uint64_t vaddr);
+uint64_t __mm_get_paddr(struct mm_struct *mm, uint64_t vaddr);
+
+/**
+ * @brief 创建anon_vma，并将其与页面结构体进行绑定
+ * 若提供的页面结构体指针为NULL，则只创建，不绑定
+ *
+ * @param page 页面结构体的指针
+ * @param lock_page 是否将页面结构体加锁
+ * @return struct anon_vma_t* 创建好的anon_vma
+ */
+struct anon_vma_t *__anon_vma_create_alloc(struct Page *page, bool lock_page);
+
+/**
+ * @brief 释放anon vma结构体
+ *
+ * @param anon_vma 待释放的anon_vma结构体
+ * @return int 返回码
+ */
+int __anon_vma_free(struct anon_vma_t *anon_vma);
+
+/**
+ * @brief 将指定的vma加入到anon_vma的管理范围之中
+ *
+ * @param anon_vma 页面的anon_vma
+ * @param vma 待加入的vma
+ * @return int 返回码
+ */
+int __anon_vma_add(struct anon_vma_t *anon_vma, struct vm_area_struct *vma);
+
+/**
+ * @brief 从anon_vma的管理范围中删除指定的vma
+ * (在进入这个函数之前，应该要加锁)
+ * @param vma 将要取消对应的anon_vma管理的vma结构体
+ * @return int 返回码
+ */
+int __anon_vma_del(struct vm_area_struct *vma);

kernel/mm/mm-types.h

@@ -1,6 +1,7 @@
 #pragma once
 #include <common/glib.h>
 #include <common/semaphore.h>
+#include <common/spinlock.h>
 #include <common/atomic.h>
 
 struct mm_struct;
@@ -163,10 +164,18 @@ struct mm_struct
  */
 struct anon_vma_t
 {
+    // anon vma的操作信号量
     semaphore_t sem;
+    
+    /**
+     * 记录当前有多少个vma与该anon_vma关联，当vma被释放时，
+     * 应当检查这个值。当该值为0时，应当释放anon_vma结构体
+     */
     atomic_t ref_count;
 
     // todo: 把下面的循环链表更换成红黑树
     // 与当前anon_vma相关的vma的列表
     struct List vma_list;
+    // 当前anon vma对应的page
+    struct Page* page;
 };

kernel/mm/mm.c

@@ -213,6 +213,7 @@ void mm_init()
         barrier();
         tmp_page = memory_management_struct.pages_struct + j;
         page_init(tmp_page, PAGE_PGT_MAPPED | PAGE_KERNEL | PAGE_KERNEL_INIT);
+        barrier();
         page_num = tmp_page->addr_phys >> PAGE_2M_SHIFT;
         *(memory_management_struct.bmp + (page_num >> 6)) |= (1UL << (page_num % 64));
         ++tmp_page->zone->count_pages_using;
@@ -248,7 +249,7 @@ unsigned long page_init(struct Page *page, ul flags)
         ++page->zone->total_pages_link;
     }
     page->anon_vma = NULL;
-    spin_init(&page->op_lock);
+    spin_init(&(page->op_lock));
     return 0;
 }
 
@@ -588,7 +589,9 @@ uint64_t mm_do_brk(uint64_t old_brk_end_addr, int64_t offset)
     {
         for (uint64_t i = old_brk_end_addr; i < end_addr; i += PAGE_2M_SIZE)
         {
-            mm_map_vma(current_pcb->mm, i, PAGE_2M_SIZE, alloc_pages(ZONE_NORMAL, 1, PAGE_PGT_MAPPED)->addr_phys, VM_USER | VM_ACCESS_FLAGS, NULL);
+            struct vm_area_struct * vma=NULL;
+            mm_create_vma(current_pcb->mm, i, PAGE_2M_SIZE, VM_USER | VM_ACCESS_FLAGS, NULL, &vma);
+            mm_map_vma(vma, alloc_pages(ZONE_NORMAL, 1, PAGE_PGT_MAPPED)->addr_phys);
         }
         current_pcb->mm->brk_end = end_addr;
     }

kernel/mm/mm.h

@@ -325,6 +325,7 @@ static inline void vma_init(struct vm_area_struct *vma, struct mm_struct *mm)
     vma->vm_mm = mm;
     vma->vm_prev = vma->vm_next = NULL;
     vma->vm_ops = NULL;
+    list_init(&vma->anon_vma_list);
 }
 
 /**
@@ -442,17 +443,26 @@ void mm_unmap_proc_table(ul proc_page_table_addr, bool is_phys, ul virt_addr_sta
 })
 
 /**
- * @brief 创建VMA，并将物理地址映射到指定的虚拟地址处
+ * @brief 创建VMA
  *
  * @param mm 要绑定的内存空间分布结构体
  * @param vaddr 起始虚拟地址
  * @param length 长度（字节）
- * @param paddr 起始物理地址
  * @param vm_flags vma的标志
  * @param vm_ops vma的操作接口
+ * @param res_vma 返回的vma指针
  * @return int 错误码
  */
-int mm_map_vma(struct mm_struct *mm, uint64_t vaddr, uint64_t length, uint64_t paddr, vm_flags_t vm_flags, struct vm_operations_t *vm_ops);
+int mm_create_vma(struct mm_struct *mm, uint64_t vaddr, uint64_t length, vm_flags_t vm_flags, struct vm_operations_t *vm_ops, struct vm_area_struct **res_vma);
+
+/**
+ * @brief 将指定的物理地址映射到指定的vma处
+ *
+ * @param vma 要进行映射的VMA结构体
+ * @param paddr 起始物理地址
+ * @return int 错误码
+ */
+int mm_map_vma(struct vm_area_struct *vma, uint64_t paddr);
 
 /**
  * @brief 在页表中取消指定的vma的映射

kernel/mm/mmap.c

@@ -306,17 +306,17 @@ void mm_unmap_proc_table(ul proc_page_table_addr, bool is_phys, ul virt_addr_sta
 }
 
 /**
- * @brief 创建VMA，并将物理地址映射到指定的虚拟地址处
+ * @brief 创建VMA
  *
  * @param mm 要绑定的内存空间分布结构体
  * @param vaddr 起始虚拟地址
  * @param length 长度（字节）
- * @param paddr 起始物理地址
  * @param vm_flags vma的标志
  * @param vm_ops vma的操作接口
+ * @param res_vma 返回的vma指针
  * @return int 错误码
  */
-int mm_map_vma(struct mm_struct *mm, uint64_t vaddr, uint64_t length, uint64_t paddr, vm_flags_t vm_flags, struct vm_operations_t *vm_ops)
+int mm_create_vma(struct mm_struct *mm, uint64_t vaddr, uint64_t length, vm_flags_t vm_flags, struct vm_operations_t *vm_ops, struct vm_area_struct **res_vma)
 {
     int retval = 0;
     struct vm_area_struct *vma = vm_area_alloc(mm);
@@ -327,19 +327,50 @@ int mm_map_vma(struct mm_struct *mm, uint64_t vaddr, uint64_t length, uint64_t p
     vma->vm_start = vaddr;
     vma->vm_end = vaddr + length;
 
-    // 将vma与对应的anon_vma进行绑定
-    struct Page * pg = Phy_to_2M_Page(paddr);
-    // 将VMA加入链表
+    // 将VMA加入mm的链表
     retval = vma_insert(mm, vma);
     if (retval == -EEXIST) // 之前已经存在了相同的vma，直接返回
     {
+        *res_vma = vma_find(mm, vma->vm_start);
         kfree(vma);
         return -EEXIST;
     }
+    *res_vma = vma;
+    return 0;
+}
+
+/**
+ * @brief 将指定的物理地址映射到指定的vma处
+ *
+ * @param vma 要进行映射的VMA结构体
+ * @param paddr 起始物理地址
+ * @return int 错误码
+ */
+int mm_map_vma(struct vm_area_struct *vma, uint64_t paddr)
+{
+    int retval = 0;
+    // 获取物理地址对应的页面
+    struct Page *pg = Phy_to_2M_Page(paddr);
+    if (unlikely(pg->anon_vma == NULL)) // 若页面不存在anon_vma，则为页面创建anon_vma
+    {
+        uint64_t rflags;
+        // todo: 查明为什么在mm_init中，spin init之后，pg会变为0
+        spin_init(&pg->op_lock);
+        spin_lock_irqsave(&pg->op_lock, rflags);
+        if (unlikely(pg->anon_vma == NULL))
+            __anon_vma_create_alloc(pg, false);
+        spin_unlock_irqrestore(&pg->op_lock, rflags);
+    }
+    barrier();
+    // 将anon vma与vma进行绑定
+    __anon_vma_add(pg->anon_vma, vma);
+    barrier();
+
+    uint64_t length = vma->vm_end - vma->vm_start;
+    // ==== 将地址映射到页表 ====
     uint64_t len_4k = length % PAGE_2M_SIZE;
     uint64_t len_2m = length - len_4k;
 
-    // ==== 将地址映射到页表
     /*
         todo: 限制页面的读写权限
     */
@@ -348,12 +379,12 @@ int mm_map_vma(struct mm_struct *mm, uint64_t vaddr, uint64_t length, uint64_t p
     if (likely(len_2m > 0))
     {
         uint64_t page_flags = 0;
-        if (vm_flags & VM_USER)
+        if (vma->vm_flags & VM_USER)
             page_flags = PAGE_USER_PAGE;
         else
             page_flags = PAGE_KERNEL_PAGE;
         // 这里直接设置user标志位为false，因为该函数内部会对其进行自动校正
-        retval = mm_map_proc_page_table((uint64_t)mm->pgd, true, vaddr, paddr, len_2m, page_flags, false, false, false);
+        retval = mm_map_proc_page_table((uint64_t)vma->vm_mm->pgd, true, vma->vm_start, paddr, len_2m, page_flags, false, false, false);
         if (unlikely(retval != 0))
             goto failed;
     }
@@ -363,12 +394,12 @@ int mm_map_vma(struct mm_struct *mm, uint64_t vaddr, uint64_t length, uint64_t p
         len_4k = ALIGN(len_4k, PAGE_4K_SIZE);
 
         uint64_t page_flags = 0;
-        if (vm_flags & VM_USER)
+        if (vma->vm_flags & VM_USER)
             page_flags = PAGE_USER_4K_PAGE;
         else
             page_flags = PAGE_KERNEL_4K_PAGE;
         // 这里直接设置user标志位为false，因为该函数内部会对其进行自动校正
-        retval = mm_map_proc_page_table((uint64_t)mm->pgd, true, vaddr + len_2m, paddr + len_2m, len_4k, page_flags, false, false, true);
+        retval = mm_map_proc_page_table((uint64_t)vma->vm_mm->pgd, true, vma->vm_start + len_2m, paddr + len_2m, len_4k, page_flags, false, false, true);
         if (unlikely(retval != 0))
             goto failed;
     }
@@ -376,9 +407,7 @@ int mm_map_vma(struct mm_struct *mm, uint64_t vaddr, uint64_t length, uint64_t p
     flush_tlb();
     return 0;
 failed:;
-    kdebug("failed.");
-    __vma_unlink_list(mm, vma);
-    vm_area_free(vma);
+    kdebug("map VMA failed.");
     return retval;
 }
 

kernel/mm/vma.c

@@ -139,10 +139,10 @@ int vma_insert(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma)
         prev = prev->vm_prev;
     if (prev == NULL) // 要将当前vma插入到链表的尾部
     {
-        struct vm_area_struct * ptr = mm->vmas;
-        while(ptr)
+        struct vm_area_struct *ptr = mm->vmas;
+        while (ptr)
         {
-            if(ptr->vm_next)
+            if (ptr->vm_next)
                 ptr = ptr->vm_next;
             else
             {
@@ -153,4 +153,103 @@ int vma_insert(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma)
     }
     __vma_link_list(mm, vma, prev);
     return 0;
-}
+}
+
+/**
+ * @brief 创建anon_vma，并将其与页面结构体进行绑定
+ * 若提供的页面结构体指针为NULL，则只创建，不绑定
+ *
+ * @param page 页面结构体的指针
+ * @param lock_page 是否将页面结构体加锁
+ * @return struct anon_vma_t* 创建好的anon_vma
+ */
+struct anon_vma_t *__anon_vma_create_alloc(struct Page *page, bool lock_page)
+{
+    struct anon_vma_t *anon_vma = (struct anon_vma_t *)kmalloc(sizeof(struct anon_vma_t), 0);
+    if (unlikely(anon_vma == NULL))
+        return NULL;
+    memset(anon_vma, 0, sizeof(struct anon_vma_t));
+
+    list_init(&anon_vma->vma_list);
+    semaphore_init(&anon_vma->sem, 1);
+
+    // 需要和page进行绑定
+    if (page != NULL)
+    {
+        if (lock_page == true) // 需要加锁
+        {
+            uint64_t rflags;
+            spin_lock_irqsave(&page->op_lock, rflags);
+            page->anon_vma = anon_vma;
+            spin_unlock_irqrestore(&page->op_lock, rflags);
+        }
+        else
+            page->anon_vma = anon_vma;
+
+        anon_vma->page = page;
+    }
+    return anon_vma;
+}
+
+/**
+ * @brief 将指定的vma加入到anon_vma的管理范围之中
+ *
+ * @param anon_vma 页面的anon_vma
+ * @param vma 待加入的vma
+ * @return int 返回码
+ */
+int __anon_vma_add(struct anon_vma_t *anon_vma, struct vm_area_struct *vma)
+{
+    semaphore_down(&anon_vma->sem);
+    list_add(&anon_vma->vma_list, &vma->anon_vma_list);
+    vma->anon_vma = anon_vma;
+    atomic_inc(&anon_vma->ref_count);
+    semaphore_up(&anon_vma->sem);
+    return 0;
+}
+
+/**
+ * @brief 释放anon vma结构体
+ *
+ * @param anon_vma 待释放的anon_vma结构体
+ * @return int 返回码
+ */
+int __anon_vma_free(struct anon_vma_t *anon_vma)
+{
+    if (anon_vma->page != NULL)
+    {
+        spin_lock(&anon_vma->page->op_lock);
+        anon_vma->page->anon_vma = NULL;
+        spin_unlock(&anon_vma->page->op_lock);
+    }
+    kfree(anon_vma);
+
+    return 0;
+}
+
+/**
+ * @brief 从anon_vma的管理范围中删除指定的vma
+ * (在进入这个函数之前，应该要加锁)
+ * @param vma 将要取消对应的anon_vma管理的vma结构体
+ * @return int 返回码
+ */
+int __anon_vma_del(struct vm_area_struct *vma)
+{
+    // 当前vma没有绑定anon_vma
+    if (vma->anon_vma == NULL)
+        return -EINVAL;
+
+    list_del(&vma->anon_vma_list);
+    semaphore_down(&vma->anon_vma->sem);
+    atomic_dec(&vma->anon_vma->ref_count);
+
+    if (unlikely(atomic_read(&vma->anon_vma->ref_count) == 0)) // 应当释放该anon_vma
+    {
+        __anon_vma_free(vma->anon_vma);
+        // 释放了anon_vma之后，清理当前vma的关联数据
+        vma->anon_vma = NULL;
+        list_init(&vma->anon_vma_list);
+    }
+    else
+        semaphore_up(&vma->anon_vma->sem);
+}