新的内存管理模块 (#303)

  实现了具有优秀架构设计的新的内存管理模块，对内核空间和用户空间的内存映射、分配、释放、管理等操作进行了封装，使得内核开发者可以更加方便地进行内存管理。

  内存管理模块主要由以下类型的组件组成：

- **硬件抽象层（MemoryManagementArch）** - 提供对具体处理器架构的抽象，使得内存管理模块可以在不同的处理器架构上运行
- **页面映射器（PageMapper）**- 提供对虚拟地址和物理地址的映射，以及页表的创建、填写、销毁、权限管理等操作。分为两种类型：内核页表映射器（KernelMapper）和用户页表映射器（位于具体的用户地址空间结构中）
- **页面刷新器（PageFlusher）** - 提供对页表的刷新操作（整表刷新、单页刷新、跨核心刷新）
- **页帧分配器（FrameAllocator）** - 提供对页帧的分配、释放、管理等操作。具体来说，包括BumpAllocator、BuddyAllocator
- **小对象分配器** - 提供对小内存对象的分配、释放、管理等操作。指的是内核里面的SlabAllocator （SlabAllocator的实现目前还没有完成）
- **MMIO空间管理器** - 提供对MMIO地址空间的分配、管理操作。（目前这个模块待进一步重构）
- **用户地址空间管理机制** - 提供对用户地址空间的管理。
    - VMA机制 - 提供对用户地址空间的管理，包括VMA的创建、销毁、权限管理等操作
    - 用户映射管理 - 与VMA机制共同作用，管理用户地址空间的映射
- **系统调用层** - 提供对用户空间的内存管理系统调用，包括mmap、munmap、mprotect、mremap等
- **C接口兼容层** - 提供对原有的C代码的接口，是的C代码能够正常运行。


除上面的新增内容以外，其它的更改内容：
- 新增二进制加载器，以及elf的解析器
- 解决由于local_irq_save、local_irq_restore函数的汇编不规范导致影响栈行为的bug。
- 解决local_irq_save未关中断的错误。
- 修复sys_gettimeofday对timezone参数的处理的bug

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Co-authored-by: kong <kongweichao@dragonos.org>

kernel/src/process/process.rs

@@ -1,12 +1,13 @@
 use core::{
     ffi::c_void,
+    mem::ManuallyDrop,
     ptr::{null_mut, read_volatile, write_volatile},
 };
 
 use alloc::{boxed::Box, sync::Arc};
 
 use crate::{
-    arch::{asm::current::current_pcb, fpu::FpState},
+    arch::asm::current::current_pcb,
     filesystem::vfs::{
         file::{File, FileDescriptorVec, FileMode},
         FileType, ROOT_INODE,
@@ -16,6 +17,7 @@ use crate::{
         PROC_UNINTERRUPTIBLE,
     },
     libs::casting::DowncastArc,
+    mm::ucontext::AddressSpace,
     net::socket::SocketInode,
     sched::core::{cpu_executing, sched_enqueue},
     smp::core::{smp_get_processor_id, smp_send_reschedule},
@@ -311,94 +313,41 @@ impl process_control_block {
             .expect("Not a socket inode");
         return Some(socket);
     }
-}
 
-// =========== 导出到C的函数，在将来，进程管理模块被完全重构之后，需要删掉他们  BEGIN ============
-
-/// @brief 初始化当前进程的文件描述符数组
-/// 请注意，如果当前进程已经有文件描述符数组，那么本操作将被禁止
-#[no_mangle]
-pub extern "C" fn process_init_files() -> i32 {
-    let r = current_pcb().init_files();
-    if r.is_ok() {
-        return 0;
-    } else {
-        return r.unwrap_err().to_posix_errno();
-    }
-}
-
-/// @brief 拷贝当前进程的文件描述符信息
-///
-/// @param clone_flags 克隆标志位
-/// @param pcb 新的进程的pcb
-#[no_mangle]
-pub extern "C" fn process_copy_files(
-    clone_flags: u64,
-    from: &'static process_control_block,
-) -> i32 {
-    let r = current_pcb().copy_files(clone_flags, from);
-    if r.is_ok() {
-        return 0;
-    } else {
-        return r.unwrap_err().to_posix_errno();
-    }
-}
-
-/// @brief 回收进程的文件描述符数组
-///
-/// @param pcb 要被回收的进程的pcb
-///
-/// @return i32
-#[no_mangle]
-pub extern "C" fn process_exit_files(pcb: &'static mut process_control_block) -> i32 {
-    let r: Result<(), SystemError> = pcb.exit_files();
-    if r.is_ok() {
-        return 0;
-    } else {
-        return r.unwrap_err().to_posix_errno();
-    }
-}
-
-/// @brief 复制当前进程的浮点状态
-#[allow(dead_code)]
-#[no_mangle]
-pub extern "C" fn rs_dup_fpstate() -> *mut c_void {
-    // 如果当前进程没有浮点状态，那么就返回一个默认的浮点状态
-    if current_pcb().fp_state == null_mut() {
-        return Box::leak(Box::new(FpState::default())) as *mut FpState as usize as *mut c_void;
-    } else {
-        // 如果当前进程有浮点状态，那么就复制一个新的浮点状态
-        let state = current_pcb().fp_state as usize as *mut FpState;
-        unsafe {
-            let s = state.as_ref().unwrap();
-            let state: &mut FpState = Box::leak(Box::new(s.clone()));
-
-            return state as *mut FpState as usize as *mut c_void;
+    /// 释放pcb中存储的地址空间的指针
+    pub unsafe fn drop_address_space(&mut self) {
+        let p = self.address_space as *const AddressSpace;
+        if p.is_null() {
+            return;
         }
+        let p: Arc<AddressSpace> = Arc::from_raw(p);
+        drop(p);
+        self.address_space = null_mut();
     }
-}
 
-/// @brief 释放进程的浮点状态所占用的内存
-#[no_mangle]
-pub extern "C" fn rs_process_exit_fpstate(pcb: &'static mut process_control_block) {
-    if pcb.fp_state != null_mut() {
-        let state = pcb.fp_state as usize as *mut FpState;
-        unsafe {
-            drop(Box::from_raw(state));
+    /// 设置pcb中存储的地址空间的指针
+    ///
+    /// ## panic
+    /// 如果当前pcb已经有地址空间，那么panic
+    pub unsafe fn set_address_space(&mut self, address_space: Arc<AddressSpace>) {
+        assert!(self.address_space.is_null(), "Address space already set");
+        self.address_space = Arc::into_raw(address_space) as *mut c_void;
+    }
+
+    /// 获取当前进程的地址空间的指针
+    pub fn address_space(&self) -> Option<Arc<AddressSpace>> {
+        let ptr = self.address_space as *const AddressSpace;
+        if ptr.is_null() {
+            return None;
         }
+        // 为了防止pcb中的指针被释放，这里需要将其包装一下，使得Arc的drop不会被调用
+        let arc_wrapper = ManuallyDrop::new(unsafe { Arc::from_raw(ptr) });
+
+        let result = Arc::clone(&arc_wrapper);
+        return Some(result);
     }
 }
 
-#[no_mangle]
-pub extern "C" fn rs_init_stdio() -> i32 {
-    let r = init_stdio();
-    if r.is_ok() {
-        return 0;
-    } else {
-        return r.unwrap_err().to_posix_errno();
-    }
-}
-// =========== 以上为导出到C的函数，在将来，进程管理模块被完全重构之后，需要删掉他们 END ============
 
 /// @brief 初始化pid=1的进程的stdio
 pub fn init_stdio() -> Result<(), SystemError> {