新的内存管理模块 (#301)

  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

kernel/src/time/clocksource.rs

@@ -625,7 +625,7 @@ pub fn clocksource_resume() {
         match ele.resume() {
             Ok(_) => continue,
             Err(_) => {
-                kdebug!("clocksource {:?} resume failed", data.name)
+                kdebug!("clocksource {:?} resume failed", data.name);
             }
         }
     }
@@ -641,7 +641,7 @@ pub fn clocksource_suspend() {
         match ele.suspend() {
             Ok(_) => continue,
             Err(_) => {
-                kdebug!("clocksource {:?} suspend failed", data.name)
+                kdebug!("clocksource {:?} suspend failed", data.name);
             }
         }
     }

kernel/src/time/jiffies.rs

@@ -3,7 +3,7 @@ use alloc::{
     sync::{Arc, Weak},
 };
 
-use crate::{kdebug, libs::spinlock::SpinLock, syscall::SystemError};
+use crate::{kerror, kinfo, libs::spinlock::SpinLock, syscall::SystemError};
 
 use super::{
     clocksource::{Clocksource, ClocksourceData, ClocksourceFlags, ClocksourceMask, CycleNum, HZ},
@@ -89,9 +89,13 @@ pub fn jiffies_init() {
     //注册jiffies
     let jiffies = clocksource_default_clock() as Arc<dyn Clocksource>;
     match jiffies.register() {
-        Ok(_) => kdebug!("jiffies_init sccessfully"),
-        Err(_) => kdebug!("jiffies_init failed, no default clock running"),
-    }
+        Ok(_) => {
+            kinfo!("jiffies_init sccessfully");
+        }
+        Err(_) => {
+            kerror!("jiffies_init failed, no default clock running");
+        }
+    };
 }
 
 #[no_mangle]

kernel/src/time/syscall.rs

@@ -4,7 +4,6 @@ use core::{
 };
 
 use crate::{
-    kdebug,
     syscall::{Syscall, SystemError},
     time::{sleep::nanosleep, TimeSpec},
 };
@@ -79,10 +78,10 @@ impl Syscall {
 
     pub fn gettimeofday(
         tv: *mut PosixTimeval,
-        _timezone: &PosixTimeZone,
+        timezone: *mut PosixTimeZone,
     ) -> Result<usize, SystemError> {
         // TODO; 处理时区信息
-        kdebug!("enter sys_do_gettimeofday");
+        // kdebug!("enter sys_do_gettimeofday");
         if tv == null_mut() {
             return Err(SystemError::EFAULT);
         }
@@ -91,7 +90,13 @@ impl Syscall {
             (*tv).tv_sec = posix_time.tv_sec;
             (*tv).tv_usec = posix_time.tv_usec;
         }
-        kdebug!("exit sys_do_gettimeofday");
+
+        if !timezone.is_null() {
+            unsafe {
+                *timezone = SYS_TIMEZONE;
+            }
+        }
+        // kdebug!("exit sys_do_gettimeofday");
         return Ok(0);
     }
 }

kernel/src/time/timekeeping.rs

@@ -5,7 +5,7 @@ use x86_64::align_up;
 use crate::{
     arch::CurrentIrqArch,
     exception::InterruptArch,
-    kdebug,
+    kdebug, kinfo,
     libs::rwlock::RwLock,
     time::{jiffies::clocksource_default_clock, timekeep::ktime_get_real_ns, TimeSpec},
 };
@@ -118,6 +118,7 @@ impl Timekeeper {
 
         timekeeper.cycle_interval = CycleNum(temp);
         timekeeper.xtime_interval = temp * clock_data.mult as u64;
+        // 这里可能存在下界溢出问题，debug模式下会报错panic
         timekeeper.xtime_remainder = (ntpinterval - timekeeper.xtime_interval) as i64;
         timekeeper.raw_interval = (timekeeper.xtime_interval >> clock_data.shift) as i64;
         timekeeper.xtime_nsec = 0;
@@ -154,7 +155,7 @@ pub fn timekeeper_init() {
 ///
 /// * 'TimeSpec' - 时间戳
 pub fn getnstimeofday() -> TimeSpec {
-    kdebug!("enter getnstimeofday");
+    // kdebug!("enter getnstimeofday");
 
     // let mut nsecs: u64 = 0;0
     let mut _xtime = TimeSpec {
@@ -201,6 +202,7 @@ pub fn do_gettimeofday() -> PosixTimeval {
 
 /// # 初始化timekeeping模块
 pub fn timekeeping_init() {
+    kinfo!("Initializing timekeeping module...");
     let irq_guard = unsafe { CurrentIrqArch::save_and_disable_irq() };
     timekeeper_init();
 
@@ -229,7 +231,7 @@ pub fn timekeeping_init() {
     __ADDED_SEC.store(0, Ordering::SeqCst);
 
     drop(irq_guard);
-    kdebug!("timekeeping_init successfully");
+    kinfo!("timekeeping_init successfully");
 }
 
 /// # 使用当前时钟源增加wall time

kernel/src/time/timer.h

@@ -12,4 +12,5 @@ extern int64_t rs_timer_get_first_expire();
 extern uint64_t rs_timer_next_n_ms_jiffies(uint64_t expire_ms);
 extern int64_t rs_schedule_timeout(int64_t timeout);
 
-extern uint64_t rs_clock();
+extern uint64_t rs_clock();
+extern void rs_jiffies_init();

kernel/src/time/timer.rs

@@ -17,7 +17,7 @@ use crate::{
         InterruptArch,
     },
     include::bindings::bindings::{process_control_block, process_wakeup, PROC_RUNNING},
-    kdebug, kerror,
+    kdebug, kerror, kinfo,
     libs::spinlock::SpinLock,
     syscall::SystemError,
 };
@@ -105,7 +105,6 @@ impl Timer {
                 break;
             }
         }
-
         let mut temp_list: LinkedList<Arc<Timer>> = timer_list.split_off(split_pos);
         timer_list.push_back(inner_guard.self_ref.upgrade().unwrap());
         timer_list.append(&mut temp_list);
@@ -216,7 +215,7 @@ pub fn timer_init() {
     softirq_vectors()
         .register_softirq(SoftirqNumber::TIMER, do_timer_softirq)
         .expect("Failed to register timer softirq");
-    kdebug!("timer initiated successfully");
+    kinfo!("timer initialized successfully");
 }
 
 /// 计算接下来n毫秒对应的定时器时间片