添加地址空间以及创建内核地址空间的方法
zhangxinyu
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@ -0,0 +1,261 @@
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use alloc::collections::BTreeMap;
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use alloc::vec::Vec;
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use bitflags::bitflags;
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use crate::config::{MEMORY_END, PAGE_SIZE, TRAMPOLINE};
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use crate::mm::address::{PhysAddr, PhysPageNum, VirtAddr, VirtPageNum, VPNRange};
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use crate::mm::frame_allocator::{frame_alloc, FrameTracker};
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use crate::mm::page_table::{PageTable, PTEFlags};
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use crate::println;
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// 引入外部符号进来, 下面映射地址空间的逻辑段会用到
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extern "C" {
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fn stext();
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fn etext();
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fn srodata();
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fn erodata();
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fn sdata();
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fn edata();
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fn sbss_with_stack();
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fn ebss();
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fn ekernel();
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fn strampoline(); // 这个符号 在linker.ld 中定义
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}
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// 某逻辑段的映射方式
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#[derive(Copy, Clone, PartialEq, Debug)]
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pub enum MapType {
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Identical, // 恒等映射
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Framed, // 逻辑映射
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}
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// 这个段的权限, 它是页表项标志位 PTEFlags 的一个子集, 仅仅保留4个标志位就足够了
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bitflags! {
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/// map permission corresponding to that in pte: `R W X U`
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pub struct MapPermission: u8 {
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const R = 1 << 1;
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const W = 1 << 2;
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const X = 1 << 3;
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const U = 1 << 4;
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}
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}
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// 代表一个逻辑段
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pub struct MapArea {
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vpn_range: VPNRange, // 逻辑段的虚拟页起始位置 和 结束位置
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data_frames: BTreeMap<VirtPageNum, FrameTracker>, // 这个逻辑段 虚拟页 对应的具体的物理帧, 这里使用rust 进行管理其物理帧的释放, 自动drop进行还给物理页帧管理器
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map_type: MapType,
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map_perm: MapPermission,
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}
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impl MapArea {
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// 从虚拟地址起始和结束, 创建一个逻辑段结构体
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pub fn from(start_va: VirtAddr, end_va: VirtAddr, map_type: MapType, map_perm: MapPermission,) -> Self {
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// 截取抛弃内存碎片
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let start_vpn: VirtPageNum = start_va.floor();
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let end_vpn: VirtPageNum = end_va.ceil();
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Self {
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vpn_range: VPNRange {l:start_vpn, r: end_vpn},
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data_frames: BTreeMap::new(),
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map_type,
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map_perm,
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}
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}
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}
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impl MapArea {
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// 把一个虚拟页号 创建一个对应的物理页帧 映射到page_table中, 并把创建的物理页帧生命周期 绑定到 self上
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pub fn map_one(&mut self, page_table: &mut PageTable, vpn: VirtPageNum) {
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let ppn: PhysPageNum;
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match self.map_type {
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// 恒等映射
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MapType::Identical => {
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ppn = PhysPageNum(vpn.0);
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}
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MapType::Framed => {
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// 随便创建一个 物理页帧
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let frame = frame_alloc().unwrap();
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ppn = frame.ppn;
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// 把随便创建的物理页帧, 绑定到data_frames 中被 self管理生命周期
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self.data_frames.insert(vpn, frame);
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}
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}
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// 根据上面创建的物理页帧映射pte 到三级页表中
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let pte_flags = PTEFlags::from_bits(self.map_perm.bits).unwrap();
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page_table.map(vpn, ppn, pte_flags);
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}
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// 取消映射一个vpn, 并把 self管理的 物理页帧的生命周期结束
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pub fn unmap_one(&mut self, page_table: &mut PageTable, vpn: VirtPageNum) {
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if self.map_type == MapType::Framed {
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// 删除映射关系, 自动调用 drop 把vpn对应的ppn还给全局内存管理器
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self.data_frames.remove(&vpn);
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}
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// 物理帧不存在了 把vpn 对应的pte设置为空
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page_table.unmap(vpn);
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}
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// 映射 当前逻辑段中的每一个虚拟页, 到页表中
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pub fn map(&mut self, page_table: &mut PageTable) {
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for vpn in self.vpn_range {
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self.map_one(page_table, vpn);
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}
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||||
}
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// 在页表中取消映射每一个虚拟页
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pub fn unmap(&mut self, page_table: &mut PageTable) {
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for vpn in self.vpn_range {
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self.unmap_one(page_table, vpn);
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||||
}
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}
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// 拷贝外部的数据二进制 到当前的逻辑段中 按照页 为单位
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pub fn copy_data(&mut self, page_table: &mut PageTable, data: &[u8]) {
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assert_eq!(self.map_type, MapType::Framed);
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let mut start: usize = 0;
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// 当前逻辑段的起始页位置
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let mut current_vpn = self.vpn_range.l;
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// 需要拷贝的字节总大小
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let len = data.len();
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loop {
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// 拷贝 每次最大拷贝1个页
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let src = &data[start..len.min(start + PAGE_SIZE)];
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// 得到逻辑段每个页的起始位置
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let dst = &mut page_table
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.get_pte(current_vpn) // 在页表中, 根据逻辑段中的vpn 得到 54bit的pte (44+10)
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.unwrap()
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.ppn() // 根据54bit的pte, 得到44bit 的物理页帧的位置
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.get_bytes_array()[..src.len()]; // 得到物理页帧那一页的起始的地址 44bit<<12
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dst.copy_from_slice(src);
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start += PAGE_SIZE;
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if start >= len {
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break;
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}
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current_vpn = (current_vpn.0 + 1).into();
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}
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}
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}
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// 表示一个地址空间, 它是一个页表和 包含所有段信息的页表组成
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pub struct MemorySet {
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page_table: PageTable,
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areas: Vec<MapArea>,
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}
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impl MemorySet {
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pub fn new() -> Self {
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Self {
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page_table: PageTable::new(),
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||||
areas: Vec::new(),
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}
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}
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}
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impl MemorySet {
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// 得到当前地址空间的 页表token
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pub fn token(&self) -> usize {
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self.page_table.token()
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}
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// 根据 start va 和end va 创建一个 逻辑段类型为逻辑映射, 插入到 当前地址空间
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pub fn insert_framed_area(&mut self, start_va: VirtAddr, end_va: VirtAddr, permission: MapPermission) {
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self.push(MapArea::from(start_va, end_va, MapType::Framed, permission), None);
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}
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// 把一个 逻辑段, 映射到当前页表中
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fn push(&mut self, mut map_area: MapArea, data: Option<&[u8]>) {
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map_area.map(&mut self.page_table);
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if let Some(data) = data {
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map_area.copy_data(&mut self.page_table, data);
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}
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self.areas.push(map_area);
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}
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/// 创建跳板, 跳板就是 trap.S中的代码段中.text.trampoline, 由 linker.ld手动布局在代码段
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/// 内核空间和用户空间,他们都会运行这个函数, 插入同样的代码, 把虚拟地址映射为同样的物理地址, 这里内核空间和用户空间执行这段代码的时候, 每个 虚拟地址对应的物理地址是相同的
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/// 所以 (内核空间的 TRAMPOLINE+指令offset) == (用户空间的 TRAMPOLINE+offset) == (strampoline + offset)
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/// (内核的 TRAMPOLINE) 和 (用户的 TRAMPOLINE) 和 strampoline 他们都是相等的
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/// 在 trap.S 切换用户空间之后, 取值执行, 切换空间之前和切换空间之后, 他们对应的虚拟地址空间是相同的, 且都映射到了同一个物理页帧
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fn map_trampoline(&mut self) {
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// 直接插入到 把 linker.ld 中的符号strampoline, 映射到最高的虚拟页, 他的物理页帧是 链接脚本中我们手动内存布局的符号
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// 如果是用户应用, 这个符号的最下面就是 次高页 即 trap context
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self.page_table.map(
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||||
VirtAddr::from(TRAMPOLINE).into(),
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||||
PhysAddr::from(strampoline as usize).into(),
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||||
PTEFlags::R | PTEFlags::X,
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);
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}
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// 创建一个内核用的地址空间
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pub fn new_kernel() -> Self {
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let mut memory_set = Self::new();
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// 跳板创建
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memory_set.map_trampoline();
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// map kernel sections
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println!(".text [{:#x}, {:#x})", stext as usize, etext as usize);
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println!(".rodata [{:#x}, {:#x})", srodata as usize, erodata as usize);
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||||
println!(".data [{:#x}, {:#x})", sdata as usize, edata as usize);
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||||
println!(
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||||
".bss [{:#x}, {:#x})",
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||||
sbss_with_stack as usize, ebss as usize
|
||||
);
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println!("mapping .text section");
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||||
memory_set.push(
|
||||
MapArea::from(
|
||||
(stext as usize).into(),
|
||||
(etext as usize).into(),
|
||||
MapType::Identical,
|
||||
MapPermission::R | MapPermission::X,
|
||||
),
|
||||
None,
|
||||
);
|
||||
println!("mapping .rodata section");
|
||||
memory_set.push(
|
||||
MapArea::from(
|
||||
(srodata as usize).into(),
|
||||
(erodata as usize).into(),
|
||||
MapType::Identical,
|
||||
MapPermission::R,
|
||||
),
|
||||
None,
|
||||
);
|
||||
println!("mapping .data section");
|
||||
memory_set.push(
|
||||
MapArea::from(
|
||||
(sdata as usize).into(),
|
||||
(edata as usize).into(),
|
||||
MapType::Identical,
|
||||
MapPermission::R | MapPermission::W,
|
||||
),
|
||||
None,
|
||||
);
|
||||
println!("mapping .bss section");
|
||||
memory_set.push(
|
||||
MapArea::from(
|
||||
(sbss_with_stack as usize).into(),
|
||||
(ebss as usize).into(),
|
||||
MapType::Identical,
|
||||
MapPermission::R | MapPermission::W,
|
||||
),
|
||||
None,
|
||||
);
|
||||
println!("mapping physical memory");
|
||||
memory_set.push(
|
||||
MapArea::from(
|
||||
(ekernel as usize).into(),
|
||||
MEMORY_END.into(),
|
||||
MapType::Identical,
|
||||
MapPermission::R | MapPermission::W,
|
||||
),
|
||||
None,
|
||||
);
|
||||
memory_set
|
||||
}
|
||||
}
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