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rust重构mmio_buddy和mmio (#178)
* rust重构mmio_buddy和mmio * mmio-buddy文档 --------- Co-authored-by: longjin <longjin@RinGoTek.cn>
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houmkh
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f1284c3571
commit
c2481452f8
@ -45,3 +45,145 @@ DragonOS中实现了MMIO地址空间的管理机制，本节将介绍它们。
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1. 取消mmio区域在页表中的映射。
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1. 取消mmio区域在页表中的映射。
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2. 将释放MMIO区域的VMA
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2. 将释放MMIO区域的VMA
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3. 将地址空间归还给mmio的伙伴系统。
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3. 将地址空间归还给mmio的伙伴系统。
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## MMIO的伙伴算法
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### 伙伴的定义
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  同时满足以下三个条件的两个内存块被称为伙伴内存块：
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1. 两个内存块的大小相同
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2. 两个内存块的内存地址连续
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3. 两个内存块由同一个大块内存分裂得到
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### 伙伴算法
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  伙伴（buddy）算法的作用是维护以及组织大块连续内存块的分配和回收，以减少系统时运行产生的外部碎片。伙伴系统中的每个内存块的大小均为$2^n$。 在DragonOS中，伙伴系统内存池共维护了1TB的连续存储空间，最大的内存块大小为$1G$，即$2^{30}B$，最小的内存块大小为$4K$，即 $2^{12}B$。
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  伙伴算法的核心思想是当应用申请内存时，每次都分配比申请的内存大小更大的最小内存块，同时分配出去的内存块大小为$2^nB$。（e.g. 假设某应用申请了$3B$内存，显然并没有整数值n，使$2^n = 3$ ，且$3 \in [2^1,2^2]$，所以系统会去取一块大小为$2^2B$的内存块，将它分配给申请的应用，本次申请内存操作顺利完成。）
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  那么当伙伴系统中没有如此“合适”的内存块时该怎么办呢？系统先会去寻找更大的内存块，如果找到了，则会将大内存块分裂成合适的内存块分配给应用。（e.g. 假设申请$3B$内存，此时系统中比$3B$大的最小内存块的大小为$16B$，那么$16B$会被分裂成两块$8B$的内存块，一块放入内存池中，一块继续分裂成两块$4B$的内存块。两块$4B$的内存块，一块放入内存池中，一块分配给应用。至此，本次申请内存操作顺利完成。）
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  如果系统没有找到更大的内存块，系统将会尝试合并较小的内存块，直到符合申请空间的大小。（e.g. 假设申请$3B$内存，系统检查内存池发现只有两个$2B$的内存块，那么系统将会把这两个$2B$的内存块合并成一块$4B$的内存块，并分配给应用。至此，本次申请内存操作顺利完成。）
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  最后，当系统既没有找到大块内存，又无法成功合并小块内存时，就会通知应用内存不够，无法分配内存。
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### 伙伴算法的数据结构
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MmioBuddyMemPool
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ │
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│ pool_start_addr │
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│ │
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├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ │
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│ pool_size │
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│ │
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├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ │
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│ │
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│ free_regions │
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│ │
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│ ┌────────────┐ │
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│ │ │ ┌───────┐ ┌────────┐ │
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│ │ ┌────────┬─┼────►│ ├────►│ │ │
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│ │ │ list │ │ │ vaddr │ │ vaddr │ │
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│ │ │ │◄├─────┤ │◄────┤ │ │
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│ MmioFreeRegionList├────────┤ │ └───────┘ └────────┘ │
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│ │ │num_free│ │ │
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│ │ └────────┘ │ MmioBuddyAddrRegion │
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│ MMIO_BUDDY_MIN_EXP - 12 │ 0 │ │
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│ ├────────────┤ │
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│ │ 1 │ │
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│ ├────────────┤ │
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│ │ 2 │ │
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│ ├────────────┤ │
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│ │ 3 │ │
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│ ├────────────┤ │
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│ │ ... │ │
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│ ├────────────┤ │
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│ │ ... │ │
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│ ├────────────┤ │
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│ MMIO_BUDDY_MAX_EXP - 12 │ 18 │ │
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│ └────────────┘ │
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│ │
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│ │
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│ │
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└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
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```
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```rust
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/// 最大的内存块为1G，其幂为30
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const MMIO_BUDDY_MAX_EXP: u32 = PAGE_1G_SHIFT;
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/// 最小的内存块为4K，其幂为12
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const MMIO_BUDDY_MIN_EXP: u32 = PAGE_4K_SHIFT;
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/// 内存池数组的大小为18
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const MMIO_BUDDY_REGION_COUNT: u32 = MMIO_BUDDY_MAX_EXP - MMIO_BUDDY_MIN_EXP + 1;
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/// buddy内存池
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pub struct MmioBuddyMemPool {
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/// 内存池的起始地址
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pool_start_addr: u64,
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/// 内存池大小：初始化为1TB
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pool_size: u64,
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/// 空闲内存块链表数组
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/// MMIO_BUDDY_REGION_COUNT = MMIO_BUDDY_MAX_EXP - MMIO_BUDDY_MIN_EXP + 1
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free_regions: [SpinLock<MmioFreeRegionList>; MMIO_BUDDY_REGION_COUNT as usize],
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}
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/// 空闲内存块链表结构体
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pub struct MmioFreeRegionList {
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/// 存储了空闲内存块信息的结构体的链表
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list: LinkedList<Box<MmioBuddyAddrRegion>>,
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/// 当前链表空闲块的数量
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num_free: i64,
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}
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/// mmio伙伴系统内部的地址区域结构体
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pub struct MmioBuddyAddrRegion {
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|
/// 内存块的起始地址
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vaddr: u64,
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}
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### 设计思路
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  DragonOS中，使用`MmioBuddyMemPool`结构体作为buddy（为表述方便，以下将伙伴算法简称为buddy）内存池的数据结构，其记录了内存池的起始地址（pool_start_addr）以及内存池中内存块的总大小（pool_size），同时其维护了大小为`MMIO_BUDDY_REGION_COUNT`的双向链表数组（free_regions）。`free_regions`中的各个链表维护了若干空闲内存块（MmioBuddyAddrRegion）。
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  `free_regions`的下标（index）与内存块的大小有关。由于每个内存块大小都为$2^{n}$ bytes，那么可以令$exp = n$。index与exp的换算公式如下：$index = exp - 12$。e.g. 一个大小为$2^{12}$ bytes的内存块，其$exp = 12$，使用上述公式计算得$index = 12 -12 = 0$，所以该内存块会被存入`free_regions[0].list`中。通过上述换算公式，每次取出或释放$2^n$大小的内存块，只需要操作`free_regions[n -12]`即可。DragonOS中，buddy内存池最大的内存块大小为$1G = 2^{30}bytes$，最小的内存块大小为 $4K = 2^{12} bytes$，所以$index\in[0,18]$。
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  作为内存分配机制，buddy服务于所有进程，为了解决在各个进程之间实现free_regions中的链表数据同步的问题，`free_regions`中的链表类型采用加了 {ref}`自旋锁 <_spinlock_doc_spinlock>`（SpinLock）的空闲内存块链表（MmioFreeRegionList），`MmioFreeRegionList`中封装有真正的存储了空闲内存块信息的结构体的链表（list）和对应链表长度（num_free）。有了自选锁后，同一时刻只允许一个进程修改某个链表，如取出链表元素（申请内存）或者向链表中插入元素（释放内存）。
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  `MmioFreeRegionList`中的元素类型为`MmioBuddyAddrRegion`结构体，`MmioBuddyAddrRegion`记录了内存块的起始地址（vaddr）。
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### 伙伴算法内部api
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**P.S 以下函数均为MmioBuddyMemPool的成员函数。系统中已经创建了一个MmioBuddyMemPool类型的全局引用`MMIO_POOL`，如要使用以下函数，请以`MMIO_POOL.xxx()`形式使用，以此形式使用则不需要传入self。**
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| **函数名** | **描述** |
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|:----------------------------------------------------------------- |:--------------------------------------------------------- |
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| __create_region(&self, vaddr) | 将虚拟地址传入，创建新的内存块地址结构体 |
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| __give_back_block(&self, vaddr, exp) | 将地址为vaddr，幂为exp的内存块归还给buddy |
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| __buddy_split(&self,region,exp,list_guard) | 将给定大小为$2^{exp}$的内存块一分为二，并插入内存块大小为$2^{exp-1}$的链表中 |
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| __query_addr_region(&self,exp,list_guard) | 从buddy中申请一块大小为$2^{exp}$的内存块 |
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| mmio_buddy_query_addr_region(&self,exp) | 对query_addr_region进行封装，**请使用这个函数，而不是__query_addr_region** |
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| __buddy_add_region_obj(&self,region,list_guard) | 往指定的地址空间链表中添加一个内存块 |
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| __buddy_block_vaddr(&self, vaddr, exp) | 根据地址和内存块大小，计算伙伴块虚拟内存的地址 |
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| __pop_buddy_block( &self, vaddr,exp,list_guard) | 寻找并弹出指定内存块的伙伴块 |
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| __buddy_pop_region( &self, list_guard) | 从指定空闲链表中取出内存区域 |
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| __buddy_merge(&self,exp,list_guard,high_list_guard) | 合并所有$2^{exp}$大小的内存块 |
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| __buddy_merge_blocks(&self,region_1,region_2,exp,high_list_guard) | 合并两个**已经从链表中取出的**内存块 |
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### 伙伴算法对外api
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| **函数名** | **描述** |
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| ----------------------------------------------- | ------------------------------------------- |
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| __mmio_buddy_init() | 初始化buddy系统，**在mmio_init()中调用，请勿随意调用** |
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| __exp2index(exp) | 将$2^{exp}$的exp转换成内存池中的数组的下标（index） |
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| mmio_create(size,vm_flags,res_vaddr,res_length) | 创建一块根据size对齐后的大小的mmio区域，并将其vma绑定到initial_mm |
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| mmio_release(vaddr, length) | 取消地址为vaddr，大小为length的mmio的映射并将其归还到buddy中 |
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@ -1,3 +1,3 @@
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sphinx
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sphinx==5.0.2
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myst-parser
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myst-parser==0.18.0
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sphinx-rtd-theme
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sphinx-rtd-theme
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@ -16,4 +16,9 @@ x86_64 = "0.14.10"
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[build-dependencies]
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[build-dependencies]
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bindgen = "0.61.0"
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bindgen = "0.61.0"
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[dependencies.lazy_static]
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version = "1.4.0"
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# 由于在no_std环境，而lazy_static依赖了spin库，因此需要指定其使用no_std
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features = ["spin_no_std"]
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@ -35,3 +35,4 @@
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#include <process/process.h>
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#include <process/process.h>
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#include <sched/sched.h>
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#include <sched/sched.h>
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#include <time/sleep.h>
|
#include <time/sleep.h>
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|
#include <mm/mm-types.h>
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@ -33,6 +33,8 @@ mod smp;
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mod time;
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mod time;
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extern crate alloc;
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extern crate alloc;
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#[macro_use]
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extern crate lazy_static;
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use mm::allocator::KernelAllocator;
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use mm::allocator::KernelAllocator;
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@ -2,7 +2,7 @@
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CFLAGS += -I .
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CFLAGS += -I .
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all:mm.o slab.o mm-stat.o vma.o mmap.o utils.o mmio.o mmio-buddy.o
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all:mm.o slab.o mm-stat.o vma.o mmap.o utils.o mmio.o
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mm.o: mm.c
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mm.o: mm.c
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$(CC) $(CFLAGS) -c mm.c -o mm.o
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$(CC) $(CFLAGS) -c mm.c -o mm.o
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@ -25,5 +25,3 @@ utils.o: utils.c
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mmio.o: mmio.c
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mmio.o: mmio.c
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$(CC) $(CFLAGS) -c mmio.c -o mmio.o
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$(CC) $(CFLAGS) -c mmio.c -o mmio.o
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mmio-buddy.o: mmio-buddy.c
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$(CC) $(CFLAGS) -c mmio-buddy.c -o mmio-buddy.o
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@ -1,258 +0,0 @@
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#include "mmio-buddy.h"
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#include <mm/slab.h>
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/**
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* @brief 将内存对象大小的幂转换成内存池中的数组的下标
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*
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*/
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#define __exp2index(exp) (exp - 12)
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/**
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* @brief 计算伙伴块的内存虚拟地址
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*
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*/
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#define buddy_block_vaddr(vaddr, exp) (vaddr ^ (1UL << exp))
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static struct mmio_buddy_mem_pool __mmio_pool; // mmio buddy内存池
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/**
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* @brief 往指定的地址空间链表中添加一个地址区域
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*
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* @param index
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* @param region
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* @return __always_inline
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*/
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static __always_inline void __buddy_add_region_obj(int index, struct __mmio_buddy_addr_region *region)
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{
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struct __mmio_free_region_list *lst = &__mmio_pool.free_regions[index];
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list_init(®ion->list);
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list_append(&lst->list_head, ®ion->list);
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++lst->num_free;
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}
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||||||
/**
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||||||
* @brief 创建新的地址区域结构体
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*
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* @param vaddr 虚拟地址
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* @return 创建好的地址区域结构体
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*/
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static __always_inline struct __mmio_buddy_addr_region *__mmio_buddy_create_region(uint64_t vaddr)
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{
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// 申请内存块的空间
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struct __mmio_buddy_addr_region *region =
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(struct __mmio_buddy_addr_region *)kzalloc(sizeof(struct __mmio_buddy_addr_region), 0);
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list_init(®ion->list);
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region->vaddr = vaddr;
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return region;
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}
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/**
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* @brief 将给定大小为(2^exp)的地址空间一分为二，并插入下一级的链表中
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||||||
*
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||||||
* @param region 要被分割的地址区域
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||||||
* @param exp 要被分割的地址区域的大小的幂
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*/
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static __always_inline void __buddy_split(struct __mmio_buddy_addr_region *region, int exp)
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||||||
{
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||||||
// 计算分裂出来的新的伙伴块的地址
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struct __mmio_buddy_addr_region *new_region = __mmio_buddy_create_region(buddy_block_vaddr(region->vaddr, exp - 1));
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||||||
__buddy_add_region_obj(__exp2index(exp - 1), region);
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__buddy_add_region_obj(__exp2index(exp - 1), new_region);
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||||||
}
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||||||
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||||||
/**
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||||||
* @brief 合并两个伙伴块
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||||||
*
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* @param x 第一个伙伴块
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* @param y 第二个伙伴块
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||||||
* @param exp x、y大小的幂
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||||||
* @return int 错误码
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*/
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static __always_inline int __buddy_merge_blocks(struct __mmio_buddy_addr_region *x, struct __mmio_buddy_addr_region *y,
|
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||||||
int exp)
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||||||
{
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||||||
// 判断这两个是否是一对伙伴
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if (unlikely(x->vaddr != buddy_block_vaddr(y->vaddr, exp))) // 不是一对伙伴
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||||||
return -EINVAL;
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||||||
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||||||
// === 是一对伙伴，将他们合并
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||||||
// 减少计数的工作应在该函数外完成
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||||||
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||||||
// 释放y
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||||||
__mmio_buddy_release_addr_region(y);
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||||||
// 插入x
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||||||
__buddy_add_region_obj(__exp2index(exp + 1), x);
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||||||
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||||||
return 0;
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||||||
}
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||||||
|
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||||||
/**
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||||||
* @brief 从空闲链表中取出指定大小的内存区域, 并从链表中删除
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||||||
*
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||||||
* @param exp 内存大小的幂
|
|
||||||
* @return __always_inline struct* 内存区域结构体
|
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||||||
*/
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||||||
static __always_inline struct __mmio_buddy_addr_region *__buddy_pop_region(int exp)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
if (unlikely(list_empty(&__mmio_pool.free_regions[__exp2index(exp)].list_head)))
|
|
||||||
return NULL;
|
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||||||
struct __mmio_buddy_addr_region *r = container_of(list_next(&__mmio_pool.free_regions[__exp2index(exp)].list_head),
|
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||||||
struct __mmio_buddy_addr_region, list);
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||||||
list_del(&r->list);
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||||||
// 区域计数减1
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||||||
--__mmio_pool.free_regions[__exp2index(exp)].num_free;
|
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||||||
return r;
|
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||||||
}
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||||||
|
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||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 寻找给定块的伙伴块
|
|
||||||
*
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||||||
* @param x 给定的内存块
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||||||
* @param exp 内存块大小
|
|
||||||
* @return 伙伴块的指针
|
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||||||
*/
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||||||
static __always_inline struct __mmio_buddy_addr_region *__find_buddy(struct __mmio_buddy_addr_region *x, int exp)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
// 当前为空
|
|
||||||
if (unlikely(list_empty(&__mmio_pool.free_regions[__exp2index(exp)].list_head)))
|
|
||||||
return NULL;
|
|
||||||
// 遍历链表以寻找伙伴块
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|
||||||
uint64_t buddy_vaddr = buddy_block_vaddr(x->vaddr, exp);
|
|
||||||
struct List *list = &__mmio_pool.free_regions[__exp2index(exp)].list_head;
|
|
||||||
|
|
||||||
do
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|
||||||
{
|
|
||||||
list = list_next(list);
|
|
||||||
struct __mmio_buddy_addr_region *bd = container_of(list, struct __mmio_buddy_addr_region, list);
|
|
||||||
if (bd->vaddr == buddy_vaddr) // 找到了伙伴块
|
|
||||||
return bd;
|
|
||||||
} while (list_next(list) != &__mmio_pool.free_regions[__exp2index(exp)].list_head);
|
|
||||||
|
|
||||||
return NULL;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 把某个大小的伙伴块全都合并成大小为(2^(exp+1))的块
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param exp 地址空间大小（2^exp）
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
static void __buddy_merge(int exp)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
struct __mmio_free_region_list *free_list = &__mmio_pool.free_regions[__exp2index(exp)];
|
|
||||||
// 若链表为空
|
|
||||||
if (list_empty(&free_list->list_head))
|
|
||||||
return;
|
|
||||||
|
|
||||||
struct List *list = list_next(&free_list->list_head);
|
|
||||||
|
|
||||||
do
|
|
||||||
{
|
|
||||||
struct __mmio_buddy_addr_region *ptr = container_of(list, struct __mmio_buddy_addr_region, list);
|
|
||||||
// 寻找是否有伙伴块
|
|
||||||
struct __mmio_buddy_addr_region *bd = __find_buddy(ptr, exp);
|
|
||||||
|
|
||||||
// 一定要在merge之前执行,否则list就被重置了
|
|
||||||
list = list_next(list);
|
|
||||||
|
|
||||||
if (bd != NULL) // 找到伙伴块
|
|
||||||
{
|
|
||||||
free_list->num_free -= 2;
|
|
||||||
list_del(&ptr->list);
|
|
||||||
list_del(&bd->list);
|
|
||||||
__buddy_merge_blocks(ptr, bd, exp);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
} while (list != &free_list->list_head);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 从buddy中申请一块指定大小的内存区域
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param exp 内存区域的大小(2^exp)
|
|
||||||
* @return struct __mmio_buddy_addr_region* 符合要求的内存区域。没有满足要求的时候，返回NULL
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
struct __mmio_buddy_addr_region *mmio_buddy_query_addr_region(int exp)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
if (unlikely(exp > MMIO_BUDDY_MAX_EXP || exp < MMIO_BUDDY_MIN_EXP))
|
|
||||||
{
|
|
||||||
BUG_ON(1);
|
|
||||||
return NULL;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (!list_empty(&__mmio_pool.free_regions[__exp2index(exp)].list_head))
|
|
||||||
goto has_block;
|
|
||||||
|
|
||||||
// 若没有符合要求的内存块，则先尝试分裂大的块
|
|
||||||
for (int cur_exp = exp; cur_exp <= MMIO_BUDDY_MAX_EXP; ++cur_exp)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
if (unlikely(
|
|
||||||
list_empty(&__mmio_pool.free_regions[__exp2index(cur_exp)].list_head))) // 一直寻找到有空闲空间的链表
|
|
||||||
continue;
|
|
||||||
|
|
||||||
// 找到了,逐级向下split
|
|
||||||
for (int down_exp = cur_exp; down_exp > exp; --down_exp)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
// 取出一块空闲区域
|
|
||||||
struct __mmio_buddy_addr_region *r = __buddy_pop_region(down_exp);
|
|
||||||
__buddy_split(r, down_exp);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (!list_empty(&__mmio_pool.free_regions[__exp2index(exp)].list_head))
|
|
||||||
goto has_block;
|
|
||||||
|
|
||||||
// 尝试合并小的伙伴块
|
|
||||||
for (int cur_exp = MMIO_BUDDY_MIN_EXP; cur_exp < exp; ++cur_exp)
|
|
||||||
__buddy_merge(cur_exp);
|
|
||||||
// 再次尝试获取符合要求的内存块，若仍不成功，则说明mmio空间耗尽
|
|
||||||
if (!list_empty(&__mmio_pool.free_regions[__exp2index(exp)].list_head))
|
|
||||||
goto has_block;
|
|
||||||
else
|
|
||||||
goto failed;
|
|
||||||
failed:;
|
|
||||||
return NULL;
|
|
||||||
has_block:; // 有可用的内存块，分配
|
|
||||||
return __buddy_pop_region(exp);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 归还一块内存空间到buddy
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param vaddr 虚拟地址
|
|
||||||
* @param exp 内存空间的大小（2^exp）
|
|
||||||
* @return int 返回码
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
int __mmio_buddy_give_back(uint64_t vaddr, int exp)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
// 确保内存对齐，低位都要为0
|
|
||||||
if (vaddr & ((1UL << exp) - 1))
|
|
||||||
return -EINVAL;
|
|
||||||
|
|
||||||
struct __mmio_buddy_addr_region *region = __mmio_buddy_create_region(vaddr);
|
|
||||||
// 加入buddy
|
|
||||||
__buddy_add_region_obj(__exp2index(exp), region);
|
|
||||||
return 0;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 初始化mmio的伙伴系统
|
|
||||||
*
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
void mmio_buddy_init()
|
|
||||||
{
|
|
||||||
memset(&__mmio_pool, 0, sizeof(struct mmio_buddy_mem_pool));
|
|
||||||
spin_init(&__mmio_pool.op_lock);
|
|
||||||
|
|
||||||
// 初始化各个链表的头部
|
|
||||||
for (int i = 0; i < MMIO_BUDDY_REGION_COUNT; ++i)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
list_init(&__mmio_pool.free_regions[i].list_head);
|
|
||||||
__mmio_pool.free_regions[i].num_free = 0;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
// 创建一堆1GB的地址块
|
|
||||||
uint32_t cnt_1g_blocks = (MMIO_TOP - MMIO_BASE) / PAGE_1G_SIZE;
|
|
||||||
uint64_t vaddr_base = MMIO_BASE;
|
|
||||||
for (uint32_t i = 0; i < cnt_1g_blocks; ++i, vaddr_base += PAGE_1G_SIZE)
|
|
||||||
__mmio_buddy_give_back(vaddr_base, PAGE_1G_SHIFT);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
@ -1,79 +0,0 @@
|
|||||||
#pragma once
|
|
||||||
#include <common/sys/types.h>
|
|
||||||
#include <common/glib.h>
|
|
||||||
#include "mm-types.h"
|
|
||||||
#include "mm.h"
|
|
||||||
#include "slab.h"
|
|
||||||
|
|
||||||
#define MMIO_BUDDY_MAX_EXP PAGE_1G_SHIFT
|
|
||||||
#define MMIO_BUDDY_MIN_EXP PAGE_4K_SHIFT
|
|
||||||
#define MMIO_BUDDY_REGION_COUNT (MMIO_BUDDY_MAX_EXP - MMIO_BUDDY_MIN_EXP + 1)
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief mmio伙伴系统内部的地址区域结构体
|
|
||||||
*
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
struct __mmio_buddy_addr_region
|
|
||||||
{
|
|
||||||
struct List list;
|
|
||||||
uint64_t vaddr; // 该内存对象起始位置的虚拟地址
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 空闲页数组结构体
|
|
||||||
*
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
struct __mmio_free_region_list
|
|
||||||
{
|
|
||||||
struct List list_head;
|
|
||||||
int64_t num_free; // 空闲页的数量
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief buddy内存池
|
|
||||||
*
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
struct mmio_buddy_mem_pool
|
|
||||||
{
|
|
||||||
uint64_t pool_start_addr; // 内存池的起始地址
|
|
||||||
uint64_t pool_size; // 内存池的内存空间总大小
|
|
||||||
spinlock_t op_lock; // 操作锁
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 空闲地址区域链表
|
|
||||||
* 数组的第i个元素代表大小为2^(i+12)的内存区域
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
struct __mmio_free_region_list free_regions[MMIO_BUDDY_REGION_COUNT];
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 释放address region结构体
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param region 待释放的结构体
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
static __always_inline void __mmio_buddy_release_addr_region(struct __mmio_buddy_addr_region *region)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
kfree(region);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 归还一块内存空间到buddy
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param vaddr 虚拟地址
|
|
||||||
* @param exp 内存空间的大小（2^exp）
|
|
||||||
* @return int 返回码
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
int __mmio_buddy_give_back(uint64_t vaddr, int exp);
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 初始化mmio的伙伴系统
|
|
||||||
*
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
void mmio_buddy_init();
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 从buddy中申请一块指定大小的内存区域
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param exp 内存区域的大小(2^exp)
|
|
||||||
* @return struct __mmio_buddy_addr_region* 符合要求的内存区域。没有满足要求的时候，返回NULL
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
struct __mmio_buddy_addr_region *mmio_buddy_query_addr_region(int exp);
|
|
||||||
@ -1,118 +1,9 @@
|
|||||||
#include "mmio.h"
|
#include "mmio.h"
|
||||||
#include "mmio-buddy.h"
|
|
||||||
#include <common/math.h>
|
#include <common/math.h>
|
||||||
|
extern void __mmio_buddy_init();
|
||||||
|
|
||||||
void mmio_init()
|
void mmio_init()
|
||||||
{
|
{
|
||||||
mmio_buddy_init();
|
__mmio_buddy_init();
|
||||||
}
|
kinfo("mmio_init success");
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 创建一块mmio区域，并将vma绑定到initial_mm
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param size mmio区域的大小（字节）
|
|
||||||
* @param vm_flags 要把vma设置成的标志
|
|
||||||
* @param res_vaddr 返回值-分配得到的虚拟地址
|
|
||||||
* @param res_length 返回值-分配的虚拟地址空间长度
|
|
||||||
* @return int 错误码
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
int mmio_create(uint32_t size, vm_flags_t vm_flags, uint64_t *res_vaddr, uint64_t *res_size)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int retval = 0;
|
|
||||||
// 申请的内存超过允许的最大大小
|
|
||||||
if (unlikely(size > PAGE_1G_SIZE || size == 0))
|
|
||||||
return -EPERM;
|
|
||||||
|
|
||||||
// 计算要从buddy中申请地址空间大小(按照2的n次幂来对齐)
|
|
||||||
int size_exp = 31 - __clz(size);
|
|
||||||
if (size_exp < PAGE_4K_SHIFT)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
size_exp = PAGE_4K_SHIFT;
|
|
||||||
size = PAGE_4K_SIZE;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
else if (size & (~(1 << size_exp)))
|
|
||||||
{
|
|
||||||
++size_exp;
|
|
||||||
size = 1 << size_exp;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
// 申请内存
|
|
||||||
struct __mmio_buddy_addr_region *buddy_region = mmio_buddy_query_addr_region(size_exp);
|
|
||||||
if (buddy_region == NULL) // 没有空闲的mmio空间了
|
|
||||||
return -ENOMEM;
|
|
||||||
|
|
||||||
*res_vaddr = buddy_region->vaddr;
|
|
||||||
*res_size = size;
|
|
||||||
// 释放region
|
|
||||||
__mmio_buddy_release_addr_region(buddy_region);
|
|
||||||
|
|
||||||
// ====创建vma===
|
|
||||||
// 设置vma flags
|
|
||||||
vm_flags |= (VM_IO | VM_DONTCOPY);
|
|
||||||
uint64_t len_4k = size % PAGE_2M_SIZE;
|
|
||||||
uint64_t len_2m = size - len_4k;
|
|
||||||
// 先创建2M的vma，然后创建4k的
|
|
||||||
for (uint32_t i = 0; i < len_2m; i += PAGE_2M_SIZE)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
|
|
||||||
retval = mm_create_vma(&initial_mm, buddy_region->vaddr + i, PAGE_2M_SIZE, vm_flags, NULL, NULL);
|
|
||||||
if (unlikely(retval != 0))
|
|
||||||
goto failed;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
for (uint32_t i = len_2m; i < size; i += PAGE_4K_SIZE)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
retval = mm_create_vma(&initial_mm, buddy_region->vaddr + i, PAGE_4K_SIZE, vm_flags, NULL, NULL);
|
|
||||||
if (unlikely(retval != 0))
|
|
||||||
goto failed;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
return 0;
|
|
||||||
failed:;
|
|
||||||
kerror("failed to create mmio vma. pid=%d", current_pcb->pid);
|
|
||||||
// todo: 当失败时，将已创建的vma删除
|
|
||||||
return retval;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 取消mmio的映射并将地址空间归还到buddy中
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param vaddr 起始的虚拟地址
|
|
||||||
* @param length 要归还的地址空间的长度
|
|
||||||
* @return int 错误码
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
int mmio_release(uint64_t vaddr, uint64_t length)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int retval = 0;
|
|
||||||
// 先将这些区域都unmap了
|
|
||||||
mm_unmap(&initial_mm, vaddr, length, false);
|
|
||||||
|
|
||||||
// 将这些区域加入buddy
|
|
||||||
for (uint64_t i = 0; i < length;)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
struct vm_area_struct *vma = vma_find(&initial_mm, vaddr + i);
|
|
||||||
if (unlikely(vma == NULL))
|
|
||||||
{
|
|
||||||
kerror("mmio_release failed: vma not found. At address: %#018lx, pid=%ld", vaddr + i, current_pcb->pid);
|
|
||||||
return -EINVAL;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (unlikely(vma->vm_start != (vaddr + i)))
|
|
||||||
{
|
|
||||||
kerror("mmio_release failed: addr_start is not equal to current: %#018lx.", vaddr + i);
|
|
||||||
return -EINVAL;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
// 往buddy中插入内存块
|
|
||||||
retval = __mmio_buddy_give_back(vma->vm_start, 31 - __clz(vma->vm_end - vma->vm_start));
|
|
||||||
i += vma->vm_end - vma->vm_start;
|
|
||||||
|
|
||||||
// 释放vma结构体
|
|
||||||
vm_area_del(vma);
|
|
||||||
vm_area_free(vma);
|
|
||||||
|
|
||||||
if (unlikely(retval != 0))
|
|
||||||
goto give_back_failed;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
return 0;
|
|
||||||
give_back_failed:;
|
|
||||||
kerror("mmio_release give_back failed: ");
|
|
||||||
return retval;
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|||||||
@ -1,24 +1,7 @@
|
|||||||
#pragma once
|
#pragma once
|
||||||
#include "mm.h"
|
#include "mm.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
extern void mmio_buddy_init();
|
||||||
|
extern void mmio_create();
|
||||||
|
extern int mmio_release(int vaddr, int length);
|
||||||
void mmio_init();
|
void mmio_init();
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 创建一块mmio区域，并将vma绑定到initial_mm
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param size mmio区域的大小（字节）
|
|
||||||
* @param vm_flags 要把vma设置成的标志
|
|
||||||
* @param res_vaddr 返回值-分配得到的虚拟地址
|
|
||||||
* @param res_length 返回值-分配的虚拟地址空间长度
|
|
||||||
* @return int 错误码
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
int mmio_create(uint32_t size, vm_flags_t vm_flags, uint64_t * res_vaddr, uint64_t *res_size);
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @brief 取消mmio的映射并将地址空间归还到buddy中
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param vaddr 起始的虚拟地址
|
|
||||||
* @param size 要归还的地址空间的长度
|
|
||||||
* @return int 错误码
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
int mmio_release(uint64_t vaddr, uint64_t size);
|
|
||||||
634
kernel/src/mm/mmio_buddy.rs
Normal file
634
kernel/src/mm/mmio_buddy.rs
Normal file
@ -0,0 +1,634 @@
|
|||||||
|
use crate::{
|
||||||
|
arch::asm::current::current_pcb,
|
||||||
|
include::bindings::bindings::{
|
||||||
|
initial_mm, mm_create_vma, mm_unmap, vm_area_del, vm_area_free, vm_area_struct, vm_flags_t,
|
||||||
|
vma_find, EINVAL, ENOMEM, EPERM, MMIO_BASE, MMIO_TOP, PAGE_1G_SHIFT, PAGE_1G_SIZE,
|
||||||
|
PAGE_2M_SIZE, PAGE_4K_SHIFT, PAGE_4K_SIZE, VM_DONTCOPY, VM_IO,
|
||||||
|
},
|
||||||
|
kdebug, kerror,
|
||||||
|
libs::spinlock::{SpinLock, SpinLockGuard},
|
||||||
|
};
|
||||||
|
use alloc::{boxed::Box, collections::LinkedList, vec::Vec};
|
||||||
|
use core::{mem, ptr::null_mut};
|
||||||
|
|
||||||
|
// 最大的伙伴块的幂
|
||||||
|
const MMIO_BUDDY_MAX_EXP: u32 = PAGE_1G_SHIFT;
|
||||||
|
// 最小的伙伴块的幂
|
||||||
|
const MMIO_BUDDY_MIN_EXP: u32 = PAGE_4K_SHIFT;
|
||||||
|
// 内存池数组的范围
|
||||||
|
const MMIO_BUDDY_REGION_COUNT: u32 = MMIO_BUDDY_MAX_EXP - MMIO_BUDDY_MIN_EXP + 1;
|
||||||
|
|
||||||
|
lazy_static! {
|
||||||
|
pub static ref MMIO_POOL: MmioBuddyMemPool = MmioBuddyMemPool::new();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub enum MmioResult {
|
||||||
|
SUCCESS,
|
||||||
|
EINVAL,
|
||||||
|
ENOFOUND,
|
||||||
|
WRONGEXP,
|
||||||
|
ISEMPTY,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief buddy内存池
|
||||||
|
pub struct MmioBuddyMemPool {
|
||||||
|
pool_start_addr: u64,
|
||||||
|
pool_size: u64,
|
||||||
|
free_regions: [SpinLock<MmioFreeRegionList>; MMIO_BUDDY_REGION_COUNT as usize],
|
||||||
|
}
|
||||||
|
impl Default for MmioBuddyMemPool {
|
||||||
|
fn default() -> Self {
|
||||||
|
MmioBuddyMemPool {
|
||||||
|
pool_start_addr: MMIO_BASE as u64,
|
||||||
|
pool_size: (MMIO_TOP - MMIO_BASE) as u64,
|
||||||
|
free_regions: unsafe { mem::zeroed() },
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
impl MmioBuddyMemPool {
|
||||||
|
fn new() -> Self {
|
||||||
|
return MmioBuddyMemPool {
|
||||||
|
..Default::default()
|
||||||
|
};
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 创建新的地址区域结构体
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param vaddr 虚拟地址
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return 创建好的地址区域结构体
|
||||||
|
fn __create_region(&self, vaddr: u64) -> Box<MmioBuddyAddrRegion> {
|
||||||
|
let mut region: Box<MmioBuddyAddrRegion> = Box::new(MmioBuddyAddrRegion::new());
|
||||||
|
region.vaddr = vaddr;
|
||||||
|
return region;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 将内存块归还给buddy
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param vaddr 虚拟地址
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param exp 内存空间的大小（2^exp）
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param list_guard 【exp】对应的链表
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Ok(i32) 返回0
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Err(i32) 返回错误码
|
||||||
|
fn __give_back_block(&self, vaddr: u64, exp: u32) -> Result<i32, i32> {
|
||||||
|
// 确保内存对齐，低位都要为0
|
||||||
|
if (vaddr & ((1 << exp) - 1)) != 0 {
|
||||||
|
return Err(-(EINVAL as i32));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
let region: Box<MmioBuddyAddrRegion> = self.__create_region(vaddr);
|
||||||
|
// 加入buddy
|
||||||
|
let list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList> =
|
||||||
|
&mut self.free_regions[__exp2index(exp)].lock();
|
||||||
|
self.__buddy_add_region_obj(region, list_guard);
|
||||||
|
return Ok(0);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 将给定大小为2^{exp}的内存块一分为二，并插入内存块大小为2^{exp-1}的链表中
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param region 要被分割的地址区域结构体（保证其已经从链表中取出）
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param exp 要被分割的地址区域的大小的幂
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param list_guard 【exp-1】对应的链表
|
||||||
|
fn __buddy_split(
|
||||||
|
&self,
|
||||||
|
region: Box<MmioBuddyAddrRegion>,
|
||||||
|
exp: u32,
|
||||||
|
low_list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList>,
|
||||||
|
) {
|
||||||
|
let vaddr: u64 = self.__buddy_block_vaddr(region.vaddr, exp - 1);
|
||||||
|
let new_region: Box<MmioBuddyAddrRegion> = self.__create_region(vaddr);
|
||||||
|
self.__buddy_add_region_obj(region, low_list_guard);
|
||||||
|
self.__buddy_add_region_obj(new_region, low_list_guard);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 从buddy中申请一块指定大小的内存区域
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param exp 要申请的内存块的大小的幂(2^exp)
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param list_guard exp对应的链表
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Ok(Box<MmioBuddyAddrRegion>) 符合要求的内存区域。
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Err(MmioResult)
|
||||||
|
/// - 没有满足要求的内存块时，返回ENOFOUND
|
||||||
|
/// - 申请的内存块大小超过合法范围，返回WRONGEXP
|
||||||
|
/// - 调用函数出错时，返回出错函数对应错误码
|
||||||
|
fn __query_addr_region(
|
||||||
|
&self,
|
||||||
|
exp: u32,
|
||||||
|
list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList>,
|
||||||
|
) -> Result<Box<MmioBuddyAddrRegion>, MmioResult> {
|
||||||
|
// 申请范围错误
|
||||||
|
if exp < MMIO_BUDDY_MIN_EXP || exp > MMIO_BUDDY_MAX_EXP {
|
||||||
|
kdebug!("__query_addr_region: exp wrong");
|
||||||
|
return Err(MmioResult::WRONGEXP);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 没有恰好符合要求的内存块
|
||||||
|
// 注意：exp对应的链表list_guard已上锁【注意避免死锁问题】
|
||||||
|
if list_guard.num_free == 0 {
|
||||||
|
// 找到最小符合申请范围的内存块
|
||||||
|
// 将大的内存块依次分成小块内存，直到能够满足exp大小，即将exp+1分成两块exp
|
||||||
|
for e in exp + 1..MMIO_BUDDY_MAX_EXP + 1 {
|
||||||
|
if self.free_regions[__exp2index(e) as usize].lock().num_free == 0 {
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
for e2 in (exp + 1..e + 1).rev() {
|
||||||
|
match self
|
||||||
|
.__buddy_pop_region(&mut self.free_regions[__exp2index(e2) as usize].lock())
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Ok(region) => {
|
||||||
|
if e2 != exp + 1 {
|
||||||
|
// 要将分裂后的内存块插入到更小的链表中
|
||||||
|
let low_list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList> =
|
||||||
|
&mut self.free_regions[__exp2index(e2 - 1) as usize].lock();
|
||||||
|
self.__buddy_split(region, e2, low_list_guard);
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
// 由于exp对应的链表list_guard已经被锁住了 不能再加锁
|
||||||
|
// 所以直接将list_guard传入
|
||||||
|
self.__buddy_split(region, e2, list_guard);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
Err(err) => {
|
||||||
|
kdebug!("buddy_pop_region get wrong");
|
||||||
|
return Err(err);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 判断是否获得了exp大小的内存块
|
||||||
|
if list_guard.num_free > 0 {
|
||||||
|
return Ok(list_guard.list.pop_back().unwrap());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 拆分大内存块无法获得exp大小内存块
|
||||||
|
// 尝试用小内存块合成
|
||||||
|
// 即将两块exp合成一块exp+1
|
||||||
|
for e in MMIO_BUDDY_MIN_EXP..exp {
|
||||||
|
if e != exp - 1 {
|
||||||
|
let high_list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList> =
|
||||||
|
&mut self.free_regions[__exp2index(exp + 1)].lock();
|
||||||
|
match self.__buddy_merge(
|
||||||
|
e,
|
||||||
|
&mut self.free_regions[__exp2index(e) as usize].lock(),
|
||||||
|
high_list_guard,
|
||||||
|
) {
|
||||||
|
Ok(_) => continue,
|
||||||
|
Err(err) => {
|
||||||
|
return Err(err);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
match self.__buddy_merge(
|
||||||
|
e,
|
||||||
|
&mut self.free_regions[__exp2index(e) as usize].lock(),
|
||||||
|
list_guard,
|
||||||
|
) {
|
||||||
|
Ok(_) => continue,
|
||||||
|
Err(err) => {
|
||||||
|
return Err(err);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
//判断是否获得了exp大小的内存块
|
||||||
|
if list_guard.num_free > 0 {
|
||||||
|
return Ok(list_guard.list.pop_back().unwrap());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return Err(MmioResult::ENOFOUND);
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
return Ok(list_guard.list.pop_back().unwrap());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 对query_addr_region进行封装
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param exp 内存区域的大小(2^exp)
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Ok(Box<MmioBuddyAddrRegion>)符合要求的内存块信息结构体。
|
||||||
|
/// @return Err(MmioResult) 没有满足要求的内存块时，返回__query_addr_region的错误码。
|
||||||
|
fn mmio_buddy_query_addr_region(
|
||||||
|
&self,
|
||||||
|
exp: u32,
|
||||||
|
) -> Result<Box<MmioBuddyAddrRegion>, MmioResult> {
|
||||||
|
let list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList> =
|
||||||
|
&mut self.free_regions[__exp2index(exp)].lock();
|
||||||
|
match self.__query_addr_region(exp, list_guard) {
|
||||||
|
Ok(ret) => return Ok(ret),
|
||||||
|
Err(err) => {
|
||||||
|
kdebug!("mmio_buddy_query_addr_region failed");
|
||||||
|
return Err(err);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
/// @brief 往指定的地址空间链表中添加一个地址区域
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param region 要被添加的地址结构体
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param list_guard 目标链表
|
||||||
|
fn __buddy_add_region_obj(
|
||||||
|
&self,
|
||||||
|
region: Box<MmioBuddyAddrRegion>,
|
||||||
|
list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList>,
|
||||||
|
) {
|
||||||
|
list_guard.list.push_back(region);
|
||||||
|
list_guard.num_free += 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 根据地址和内存块大小，计算伙伴块虚拟内存的地址
|
||||||
|
#[inline(always)]
|
||||||
|
fn __buddy_block_vaddr(&self, vaddr: u64, exp: u32) -> u64 {
|
||||||
|
return vaddr ^ (1 << exp);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 寻找并弹出指定内存块的伙伴块
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param region 对应内存块的信息
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param exp 内存块大小
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param list_guard 【exp】对应的链表
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Ok(Box<MmioBuddyAddrRegion) 返回伙伴块的引用
|
||||||
|
/// @return Err(MmioResult)
|
||||||
|
/// - 当链表为空，返回ISEMPTY
|
||||||
|
/// - 没有找到伙伴块，返回ENOFOUND
|
||||||
|
fn __pop_buddy_block(
|
||||||
|
&self,
|
||||||
|
vaddr: u64,
|
||||||
|
exp: u32,
|
||||||
|
list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList>,
|
||||||
|
) -> Result<Box<MmioBuddyAddrRegion>, MmioResult> {
|
||||||
|
if list_guard.list.len() == 0 {
|
||||||
|
return Err(MmioResult::ISEMPTY);
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
//计算伙伴块的地址
|
||||||
|
let buddy_vaddr = self.__buddy_block_vaddr(vaddr, exp);
|
||||||
|
|
||||||
|
// element 只会有一个元素
|
||||||
|
let mut element: Vec<Box<MmioBuddyAddrRegion>> = list_guard
|
||||||
|
.list
|
||||||
|
.drain_filter(|x| x.vaddr == buddy_vaddr)
|
||||||
|
.collect();
|
||||||
|
if element.len() == 1 {
|
||||||
|
list_guard.num_free -= 1;
|
||||||
|
return Ok(element.pop().unwrap());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
//没有找到对应的伙伴块
|
||||||
|
return Err(MmioResult::ENOFOUND);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 从指定空闲链表中取出内存区域
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param list_guard 【exp】对应的链表
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Ok(Box<MmioBuddyAddrRegion>) 内存块信息结构体的引用。
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Err(MmioResult) 当链表为空，无法删除时，返回ISEMPTY
|
||||||
|
fn __buddy_pop_region(
|
||||||
|
&self,
|
||||||
|
list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList>,
|
||||||
|
) -> Result<Box<MmioBuddyAddrRegion>, MmioResult> {
|
||||||
|
if !list_guard.list.is_empty() {
|
||||||
|
list_guard.num_free -= 1;
|
||||||
|
return Ok(list_guard.list.pop_back().unwrap());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return Err(MmioResult::ISEMPTY);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 合并所有2^{exp}大小的内存块
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param exp 内存块大小的幂(2^exp)
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param list_guard exp对应的链表
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param high_list_guard exp+1对应的链表
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Ok(MmioResult) 合并成功返回SUCCESS
|
||||||
|
/// @return Err(MmioResult)
|
||||||
|
/// - 内存块过少，无法合并，返回EINVAL
|
||||||
|
/// - __pop_buddy_block调用出错，返回其错误码
|
||||||
|
/// - __buddy_merge_blocks调用出错，返回其错误码
|
||||||
|
fn __buddy_merge(
|
||||||
|
&self,
|
||||||
|
exp: u32,
|
||||||
|
list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList>,
|
||||||
|
high_list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList>,
|
||||||
|
) -> Result<MmioResult, MmioResult> {
|
||||||
|
// 至少要两个内存块才能合并
|
||||||
|
if list_guard.num_free <= 1 {
|
||||||
|
return Err(MmioResult::EINVAL);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
loop {
|
||||||
|
if list_guard.num_free <= 1 {
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 获取内存块
|
||||||
|
let vaddr: u64 = list_guard.list.back().unwrap().vaddr;
|
||||||
|
// 获取伙伴内存块
|
||||||
|
match self.__pop_buddy_block(vaddr, exp, list_guard) {
|
||||||
|
Err(err) => {
|
||||||
|
return Err(err);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
Ok(buddy_region) => {
|
||||||
|
let region: Box<MmioBuddyAddrRegion> = list_guard.list.pop_back().unwrap();
|
||||||
|
let copy_region: Box<MmioBuddyAddrRegion> = Box::new(MmioBuddyAddrRegion {
|
||||||
|
vaddr: region.vaddr,
|
||||||
|
});
|
||||||
|
// 在两块内存都被取出之后才进行合并
|
||||||
|
match self.__buddy_merge_blocks(region, buddy_region, exp, high_list_guard) {
|
||||||
|
Err(err) => {
|
||||||
|
// 如果合并失败了要将取出来的元素放回去
|
||||||
|
self.__buddy_add_region_obj(copy_region, list_guard);
|
||||||
|
kdebug!("__buddy_merge: __buddy_merge_blocks failed");
|
||||||
|
return Err(err);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
Ok(_) => continue,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return Ok(MmioResult::SUCCESS);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 合并两个【已经从链表中取出】的内存块
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param region_1 第一个内存块
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @param region_2 第二个内存
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Ok(MmioResult) 成功返回SUCCESS
|
||||||
|
///
|
||||||
|
/// @return Err(MmioResult) 两个内存块不是伙伴块,返回EINVAL
|
||||||
|
fn __buddy_merge_blocks(
|
||||||
|
&self,
|
||||||
|
region_1: Box<MmioBuddyAddrRegion>,
|
||||||
|
region_2: Box<MmioBuddyAddrRegion>,
|
||||||
|
exp: u32,
|
||||||
|
high_list_guard: &mut SpinLockGuard<MmioFreeRegionList>,
|
||||||
|
) -> Result<MmioResult, MmioResult> {
|
||||||
|
// 判断是否为伙伴块
|
||||||
|
if region_1.vaddr != self.__buddy_block_vaddr(region_2.vaddr, exp) {
|
||||||
|
return Err(MmioResult::EINVAL);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 将大的块放进下一级链表
|
||||||
|
self.__buddy_add_region_obj(region_1, high_list_guard);
|
||||||
|
return Ok(MmioResult::SUCCESS);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief mmio伙伴系统内部的地址区域结构体
|
||||||
|
pub struct MmioBuddyAddrRegion {
|
||||||
|
vaddr: u64,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
impl MmioBuddyAddrRegion {
|
||||||
|
pub fn new() -> Self {
|
||||||
|
return MmioBuddyAddrRegion {
|
||||||
|
..Default::default()
|
||||||
|
};
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
impl Default for MmioBuddyAddrRegion {
|
||||||
|
fn default() -> Self {
|
||||||
|
MmioBuddyAddrRegion {
|
||||||
|
vaddr: Default::default(),
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 空闲页数组结构体
|
||||||
|
pub struct MmioFreeRegionList {
|
||||||
|
/// 存储mmio_buddy的地址链表
|
||||||
|
list: LinkedList<Box<MmioBuddyAddrRegion>>,
|
||||||
|
/// 空闲块的数量
|
||||||
|
num_free: i64,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
impl MmioFreeRegionList {
|
||||||
|
fn new() -> Self {
|
||||||
|
return MmioFreeRegionList {
|
||||||
|
..Default::default()
|
||||||
|
};
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
impl Default for MmioFreeRegionList {
|
||||||
|
fn default() -> Self {
|
||||||
|
MmioFreeRegionList {
|
||||||
|
list: Default::default(),
|
||||||
|
num_free: 0,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/// @brief 初始化mmio的伙伴系统
|
||||||
|
#[no_mangle]
|
||||||
|
pub extern "C" fn __mmio_buddy_init() {
|
||||||
|
// 创建一堆1GB的地址块
|
||||||
|
let cnt_1g_blocks: u32 = ((MMIO_TOP - MMIO_BASE) / PAGE_1G_SIZE as i64) as u32;
|
||||||
|
let mut vaddr_base: u64 = MMIO_BASE as u64;
|
||||||
|
for _ in 0..cnt_1g_blocks {
|
||||||
|
match MMIO_POOL.__give_back_block(vaddr_base, PAGE_1G_SHIFT) {
|
||||||
|
Ok(_) => {
|
||||||
|
vaddr_base += PAGE_1G_SIZE as u64;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
Err(_) => {
|
||||||
|
kerror!("__mmio_buddy_init failed");
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
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/// @brief 将内存对象大小的幂转换成内存池中的数组的下标
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||||||
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///
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||||||
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/// @param exp内存大小
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||||||
|
///
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||||||
|
/// @return 内存池数组下标
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||||||
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#[inline(always)]
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||||||
|
fn __exp2index(exp: u32) -> usize {
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||||||
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return (exp - 12) as usize;
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|
}
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||||||
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||||||
|
/// @brief 创建一块mmio区域，并将vma绑定到initial_mm
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||||||
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///
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||||||
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/// @param size mmio区域的大小（字节）
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||||||
|
///
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/// @param vm_flags 要把vma设置成的标志
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|
///
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/// @param res_vaddr 返回值-分配得到的虚拟地址
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||||||
|
///
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/// @param res_length 返回值-分配的虚拟地址空间长度
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||||||
|
///
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|
/// @return int 错误码
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#[no_mangle]
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pub extern "C" fn mmio_create(
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size: u32,
|
||||||
|
vm_flags: vm_flags_t,
|
||||||
|
res_vaddr: *mut u64,
|
||||||
|
res_length: *mut u64,
|
||||||
|
) -> i32 {
|
||||||
|
if size > PAGE_1G_SIZE || size == 0 {
|
||||||
|
return -(EPERM as i32);
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||||||
|
}
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||||||
|
let mut retval: i32 = 0;
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||||||
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// 计算前导0
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let mut size_exp: u32 = 31 - size.leading_zeros();
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||||||
|
// 记录最终申请的空间大小
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let mut new_size: u32 = size;
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||||||
|
// 对齐要申请的空间大小
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||||||
|
// 如果要申请的空间大小小于4k，则分配4k
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||||||
|
if size_exp < PAGE_4K_SHIFT {
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||||||
|
new_size = PAGE_4K_SIZE;
|
||||||
|
size_exp = PAGE_4K_SHIFT;
|
||||||
|
} else if (new_size & (!(1 << size_exp))) != 0 {
|
||||||
|
// 向左对齐空间大小
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||||||
|
size_exp += 1;
|
||||||
|
new_size = 1 << size_exp;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
match MMIO_POOL.mmio_buddy_query_addr_region(size_exp) {
|
||||||
|
Ok(region) => {
|
||||||
|
unsafe {
|
||||||
|
*res_vaddr = region.vaddr;
|
||||||
|
*res_length = new_size as u64;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 创建vma
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|
let flags: u64 = vm_flags | (VM_IO | VM_DONTCOPY) as u64;
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||||||
|
let len_4k: u64 = (new_size % PAGE_2M_SIZE) as u64;
|
||||||
|
let len_2m: u64 = new_size as u64 - len_4k;
|
||||||
|
let mut loop_i: u64 = 0;
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||||||
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// 先分配2M的vma
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loop {
|
||||||
|
if loop_i >= len_2m {
|
||||||
|
break;
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||||||
|
}
|
||||||
|
let vma: *mut *mut vm_area_struct = null_mut();
|
||||||
|
retval = unsafe {
|
||||||
|
mm_create_vma(
|
||||||
|
&mut initial_mm,
|
||||||
|
region.vaddr + loop_i,
|
||||||
|
PAGE_2M_SIZE.into(),
|
||||||
|
flags,
|
||||||
|
null_mut(),
|
||||||
|
vma,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
};
|
||||||
|
if retval != 0 {
|
||||||
|
kdebug!(
|
||||||
|
"failed to create mmio 2m vma. pid = {:?}",
|
||||||
|
current_pcb().pid
|
||||||
|
);
|
||||||
|
unsafe {
|
||||||
|
vm_area_del(*vma);
|
||||||
|
vm_area_free(*vma);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return retval;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
loop_i += PAGE_2M_SIZE as u64;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 分配4K的vma
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|
loop_i = len_2m;
|
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|
loop {
|
||||||
|
if loop_i >= size as u64 {
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
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||||||
|
let vma: *mut *mut vm_area_struct = null_mut();
|
||||||
|
retval = unsafe {
|
||||||
|
mm_create_vma(
|
||||||
|
&mut initial_mm,
|
||||||
|
region.vaddr + loop_i,
|
||||||
|
PAGE_4K_SIZE.into(),
|
||||||
|
flags,
|
||||||
|
null_mut(),
|
||||||
|
vma,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
};
|
||||||
|
if retval != 0 {
|
||||||
|
kdebug!(
|
||||||
|
"failed to create mmio 4k vma. pid = {:?}",
|
||||||
|
current_pcb().pid
|
||||||
|
);
|
||||||
|
unsafe {
|
||||||
|
vm_area_del(*vma);
|
||||||
|
vm_area_free(*vma);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return retval;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
loop_i += PAGE_4K_SIZE as u64;
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
|
||||||
|
Err(_) => {
|
||||||
|
kdebug!("failed to create mmio vma.pid = {:?}", current_pcb().pid);
|
||||||
|
return -(ENOMEM as i32);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return retval;
|
||||||
|
}
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||||||
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|
/// @brief 取消mmio的映射并将地址空间归还到buddy中
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|
///
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/// @param vaddr 起始的虚拟地址
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|
///
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||||||
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/// @param length 要归还的地址空间的长度
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///
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||||||
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/// @return Ok(i32) 成功返回0
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||||||
|
///
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||||||
|
/// @return Err(i32) 失败返回错误码
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||||||
|
#[no_mangle]
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||||||
|
pub extern "C" fn mmio_release(vaddr: u64, length: u64) -> i32 {
|
||||||
|
//先将要释放的空间取消映射
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||||||
|
unsafe {
|
||||||
|
mm_unmap(&mut initial_mm, vaddr, length, false);
|
||||||
|
}
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||||||
|
let mut loop_i: u64 = 0;
|
||||||
|
loop {
|
||||||
|
if loop_i >= length {
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 获取要释放的vma的结构体
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||||||
|
let vma: *mut vm_area_struct = unsafe { vma_find(&mut initial_mm, vaddr + loop_i) };
|
||||||
|
if vma == null_mut() {
|
||||||
|
kdebug!(
|
||||||
|
"mmio_release failed: vma not found. At address: {:?}, pid = {:?}",
|
||||||
|
vaddr + loop_i,
|
||||||
|
current_pcb().pid
|
||||||
|
);
|
||||||
|
return -(EINVAL as i32);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 检查vma起始地址是否正确
|
||||||
|
if unsafe { (*vma).vm_start != (vaddr + loop_i) } {
|
||||||
|
kdebug!(
|
||||||
|
"mmio_release failed: addr_start is not equal to current: {:?}. pid = {:?}",
|
||||||
|
vaddr + loop_i,
|
||||||
|
current_pcb().pid
|
||||||
|
);
|
||||||
|
return -(EINVAL as i32);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// 将vma对应空间归还
|
||||||
|
match MMIO_POOL.__give_back_block(unsafe { (*vma).vm_start }, unsafe {
|
||||||
|
31 - ((*vma).vm_end - (*vma).vm_start).leading_zeros()
|
||||||
|
}) {
|
||||||
|
Ok(_) => {
|
||||||
|
loop_i += unsafe { (*vma).vm_end - (*vma).vm_start };
|
||||||
|
unsafe {
|
||||||
|
vm_area_del(vma);
|
||||||
|
vm_area_free(vma);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
Err(err) => {
|
||||||
|
// vma对应空间没有成功归还的话，就不删除vma
|
||||||
|
kdebug!(
|
||||||
|
"mmio_release give_back failed: pid = {:?}",
|
||||||
|
current_pcb().pid
|
||||||
|
);
|
||||||
|
return err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
@ -1,2 +1,3 @@
|
|||||||
pub mod allocator;
|
pub mod allocator;
|
||||||
pub mod gfp;
|
pub mod gfp;
|
||||||
|
pub mod mmio_buddy;
|
||||||
|
|||||||
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