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  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 --------- Co-authored-by: kong <kongweichao@dragonos.org>
146 lines
4.7 KiB
Rust
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4.7 KiB
Rust
use super::{page::PageFlags, PageTableKind, PhysAddr, VirtAddr};
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use crate::{
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arch::{
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asm::irqflags::{local_irq_restore, local_irq_save},
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mm::{LockedFrameAllocator, PageMapper},
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},
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libs::align::page_align_up,
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mm::allocator::page_frame::PageFrameCount,
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mm::{MMArch, MemoryManagementArch},
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smp::core::smp_get_processor_id,
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syscall::SystemError,
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};
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use core::{
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ops::Deref,
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sync::atomic::{compiler_fence, AtomicUsize, Ordering},
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};
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/// 标志当前没有处理器持有内核映射器的锁
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/// 之所以需要这个标志,是因为AtomicUsize::new(0)会把0当作一个处理器的id
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const KERNEL_MAPPER_NO_PROCESSOR: usize = !0;
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/// 当前持有内核映射器锁的处理器
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static KERNEL_MAPPER_LOCK_OWNER: AtomicUsize = AtomicUsize::new(KERNEL_MAPPER_NO_PROCESSOR);
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/// 内核映射器的锁计数器
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static KERNEL_MAPPER_LOCK_COUNT: AtomicUsize = AtomicUsize::new(0);
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pub struct KernelMapper {
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/// 内核空间映射器
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mapper: PageMapper,
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/// 标记当前映射器是否为只读
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readonly: bool,
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}
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impl KernelMapper {
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fn lock_cpu(cpuid: usize, mapper: PageMapper) -> Self {
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loop {
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match KERNEL_MAPPER_LOCK_OWNER.compare_exchange_weak(
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KERNEL_MAPPER_NO_PROCESSOR,
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cpuid,
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Ordering::Acquire,
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Ordering::Relaxed,
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) {
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Ok(_) => break,
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// 当前处理器已经持有了锁
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Err(id) if id == cpuid => break,
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// either CAS failed, or some other hardware thread holds the lock
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Err(_) => core::hint::spin_loop(),
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}
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}
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let prev_count = KERNEL_MAPPER_LOCK_COUNT.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
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compiler_fence(Ordering::Acquire);
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// 本地核心已经持有过锁,因此标记当前加锁获得的映射器为只读
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let readonly = prev_count > 0;
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return Self { mapper, readonly };
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}
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/// @brief 锁定内核映射器, 并返回一个内核映射器对象
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#[inline(always)]
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pub fn lock() -> Self {
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let cpuid = smp_get_processor_id() as usize;
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let mapper = unsafe { PageMapper::current(PageTableKind::Kernel, LockedFrameAllocator) };
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return Self::lock_cpu(cpuid, mapper);
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}
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/// @brief 获取内核映射器的page mapper的可变引用。如果当前映射器为只读,则返回 None
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#[inline(always)]
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pub fn as_mut(&mut self) -> Option<&mut PageMapper> {
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if self.readonly {
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return None;
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} else {
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return Some(&mut self.mapper);
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}
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}
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/// @brief 获取内核映射器的page mapper的不可变引用
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#[inline(always)]
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pub fn as_ref(&self) -> &PageMapper {
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return &self.mapper;
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}
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/// 映射一段物理地址到指定的虚拟地址。
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///
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/// ## 参数
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///
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/// - `vaddr`: 要映射的虚拟地址
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/// - `paddr`: 要映射的物理地址
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/// - `size`: 要映射的大小(字节,必须是页大小的整数倍,否则会向上取整)
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/// - `flags`: 页面标志
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/// - `flush`: 是否刷新TLB
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///
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/// ## 返回
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///
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/// - 成功:返回Ok(())
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/// - 失败: 如果当前映射器为只读,则返回EAGAIN_OR_EWOULDBLOCK
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pub unsafe fn map_phys_with_size(
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&mut self,
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mut vaddr: VirtAddr,
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mut paddr: PhysAddr,
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size: usize,
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flags: PageFlags<MMArch>,
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flush: bool,
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) -> Result<(), SystemError> {
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if self.readonly {
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return Err(SystemError::EAGAIN_OR_EWOULDBLOCK);
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}
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let count = PageFrameCount::new(page_align_up(size) / MMArch::PAGE_SIZE);
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// kdebug!("kernel mapper: map_phys: vaddr: {vaddr:?}, paddr: {paddr:?}, count: {count:?}, flags: {flags:?}");
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for _ in 0..count.data() {
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let flusher = self.mapper.map_phys(vaddr, paddr, flags).unwrap();
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if flush {
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flusher.flush();
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}
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vaddr += MMArch::PAGE_SIZE;
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paddr += MMArch::PAGE_SIZE;
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}
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return Ok(());
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}
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}
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impl Drop for KernelMapper {
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fn drop(&mut self) {
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// 为了防止fetch_sub和store之间,由于中断,导致store错误清除了owner,导致错误,因此需要关中断。
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let flags = local_irq_save();
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let prev_count = KERNEL_MAPPER_LOCK_COUNT.fetch_sub(1, Ordering::Relaxed);
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if prev_count == 1 {
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KERNEL_MAPPER_LOCK_OWNER.store(KERNEL_MAPPER_NO_PROCESSOR, Ordering::Release);
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}
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local_irq_restore(flags);
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compiler_fence(Ordering::Release);
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}
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}
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impl Deref for KernelMapper {
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type Target = PageMapper;
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fn deref(&self) -> &Self::Target {
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return self.as_ref();
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}
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}
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