"伤齿龙" 增加堆空间功能

ch4/os/src/mm/memory_set.rs

@@ -152,6 +152,34 @@ impl MapArea {
             current_vpn = (current_vpn.0 + 1).into();
         }
     }
+    // 当前段, 缩小到新的结束位置, 即把new_end后面的页, 都还给物理页帧管理器, 并取消映射(通过unmap_one方法即可)
+    pub fn shrink_to(&mut self, page_table: &mut PageTable, new_end: VirtPageNum) {
+        let tmp_vpn_range = VPNRange{
+            l: self.vpn_range.l,
+            r: new_end,
+        };
+        for vpn in tmp_vpn_range {
+            self.unmap_one(page_table, vpn)
+        }
+
+        // 注意 当前段的区间 也要调整哦new(self.vpn_range.get_start(), new_end);
+        self.vpn_range.r = new_end;
+    }
+
+
+    // 当前段, 把当前结束的位置, 扩展到新的结束的位置
+    pub fn append_to(&mut self, page_table: &mut PageTable, new_end: VirtPageNum) {
+        let tmp_vpn_range = VPNRange{
+            l: self.vpn_range.r,
+            r: new_end,
+        };
+
+        for vpn in tmp_vpn_range {
+            self.map_one(page_table, vpn)
+        }
+
+        self.vpn_range.r = new_end;
+    }
 }
 
 
@@ -169,7 +197,6 @@ impl MemorySet {
         }
     }
 
-
     pub fn from_elf(elf_data: &[u8]) -> (Self, usize, usize) {
         let mut memory_set = Self::new();
         // map trampoline
@@ -245,7 +272,7 @@ impl MemorySet {
             None,
         );
 
-        // used in sbrk
+        // 用户的堆空间段 只有一个起始位置即可, 因为 user_stack_top上面全是堆的空间(除了最后两页)
         memory_set.push(
             MapArea::from(
                 user_stack_top.into(),
@@ -391,4 +418,30 @@ impl MemorySet {
         );
         memory_set
     }
+
+
+    // 当前地址空间, 缩小 虚拟地址start位置到虚拟地址 new end的位置
+    pub fn shrink_to(&mut self, start: VirtAddr, new_end: VirtAddr) -> bool {
+        // 起始虚拟地址所在的页
+        let start_vpn = start.floor();
+
+        // 找到起始地址所在的段, 传入页表, 把当前段缩小到指定结束位置new_end
+        if let Some(area) = self.areas.iter_mut().find(|area| area.vpn_range.l == start_vpn) {
+            area.shrink_to(&mut self.page_table, new_end.ceil());
+            true
+        } else {
+            false
+        }
+    }
+
+    // 增加当前的地址空间 扩展为 start到 新的结束的位置
+    pub fn append_to(&mut self, start: VirtAddr, new_end: VirtAddr) -> bool {
+        // 同上, 找到逻辑段之后, 只不过这里是 扩展
+        if let Some(area) = self.areas.iter_mut().find(|area| area.vpn_range.l == start.floor()) {
+            area.append_to(&mut self.page_table, new_end.ceil());
+            true
+        } else {
+            false
+        }
+    }
 }

ch4/os/src/syscall/mod.rs

@@ -18,6 +18,7 @@ pub fn syscall(syscall_id: usize, args: [usize; 3]) -> isize {
         SYSCALL_EXIT => sys_exit(args[0] as i32),
         SYSCALL_YIELD => sys_yield(),
         SYSCALL_GET_TIME => sys_get_time(),
+        SYSCALL_SBRK => sys_sbrk(args[0] as i32),
         _ => panic!("Unsupported syscall_id: {}", syscall_id),
     }
 }

ch4/os/src/syscall/process.rs

@@ -1,7 +1,7 @@
 //! App management syscalls
 // use crate::batch::run_next_app;
 use crate::println;
-use crate::task::{exit_current_and_run_next, suspend_current_and_run_next};
+use crate::task::{change_program_brk, exit_current_and_run_next, suspend_current_and_run_next};
 use crate::timer::get_time_ms;
 
 /// 任务退出, 并立即切换任务
@@ -19,3 +19,12 @@ pub fn sys_yield() -> isize {
 pub fn sys_get_time() -> isize {
     get_time_ms() as isize
 }
+
+// 根据传入的 size 对当前堆进行扩容和缩小
+pub fn sys_sbrk(size: i32) -> isize {
+    if let Some(old_brk) = change_program_brk(size) {
+        old_brk as isize
+    } else {
+        -1
+    }
+}

ch4/os/src/task/mod.rs

@@ -151,6 +151,13 @@ impl TaskManager {
         let inner = self.inner.exclusive_access();
         inner.tasks[inner.current_task_id].get_user_token()
     }
+
+    // 扩张/缩减, 当前应用的地址空间中的堆段, 指定字节的数据
+    pub fn change_current_program_brk(&self, size: i32) -> Option<usize> {
+        let mut inner = self.inner.exclusive_access();
+        let current_task_id = inner.current_task_id;
+        inner.tasks[current_task_id].change_program_brk(size)
+    }
 }
 
 
@@ -217,6 +224,10 @@ pub fn exit_current_and_run_next(){
     TASK_MANAGER.run_next_task();
 }
 
+// 扩张/缩减, 当前应用的地址空间中的堆段, 指定字节的数据
+pub fn change_program_brk(size: i32) -> Option<usize> {
+    TASK_MANAGER.change_current_program_brk(size)
+}
 
 // 得到当前运行任务的 trap context 的地址
 pub fn current_trap_cx() -> &'static mut TrapContext {

ch4/os/src/task/task.rs

@@ -23,8 +23,9 @@ pub struct TaskControlBlock {
     pub memory_set: MemorySet,  // tcb他自己的地址空间
     pub trap_cx_ppn: PhysPageNum,  // tcb访问 trap context所在的真实的物理页, 它对应逻辑页的次高页
     pub base_size: usize,  // 应用地址空间中从0x0开始到用户栈结束一共包含多少字节, 就是用户数据有多大
-    pub heap_bottom: usize,  // 堆底
-    pub program_brk: usize,
+    pub heap_bottom: usize,  // 堆的起始地址 这个一开始和base_size 是一样的
+    pub program_brk: usize,  // 这个一开始和base_size 是一样的, 表示进程当前的堆边界, 即堆的顶部地址, 它指向堆中最后一个已分配内存块的末尾, 下一个内存分配将从该地址开始
+    //   base_size(低地址) --- TRAP_CONTEXT(次高页) 的虚拟空间, 可以当做堆来使用
 }
 
 impl TaskControlBlock {
@@ -94,6 +95,37 @@ impl TaskControlBlock {
         //     base_size 用户栈顶距离0x0的距离, 即用户应用已知的大小
         //
     }
+
+    // 扩张/缩减, 当前应用的地址空间中的堆段, 指定字节的数据
+    pub fn change_program_brk(&mut self, size: i32) -> Option<usize> {
+        // 堆顶
+        let old_break = self.program_brk;
+        // 申请后新的堆顶
+        let new_brk = self.program_brk as isize + size as isize;
+
+        // 如果新的堆顶 小于 堆底 直接返回(防止过度释放)
+        if new_brk < self.heap_bottom as isize {
+            return None;
+        }
+
+        // 如果是小于0 说明需要释放,缩小堆的大小
+        // 传入两个参数 堆底虚拟地址, 和 新的堆顶地址
+        let result = if size < 0 {
+            self.memory_set
+                .shrink_to(VirtAddr(self.heap_bottom), VirtAddr(new_brk as usize))
+        } else {
+            self.memory_set
+                .append_to(VirtAddr(self.heap_bottom), VirtAddr(new_brk as usize))
+        };
+
+        // 如果成功就把新的堆顶的地址, 复制到结构提上记录, 并把旧的堆顶返回
+        if result {
+            self.program_brk = new_brk as usize;
+            Some(old_break)
+        } else {
+            None
+        }
+    }
 }
 
 impl TaskControlBlock {