鸿蒙轻内核A核源码分析系列五 虚实映射(5)虚实映射解除 原创 精华

发布于 2021-12-7 20:51
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5、虚实映射解除函数LOS_ArchMmuUnmap

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虚实映射解除函数LOS_ArchMmuUnmap解除进程空间虚拟地址区间与物理地址区间的映射关系,其中参数包含MMU结构体、解除映射的虚拟地址和解除映射的数量count,数量的单位是内存页数。 ⑴处函数OsGetPte1用于获取指定虚拟地址对应的L1页表项数据。⑵处计算需要解除的无效映射的数量,后文再详细分析该函数。如果页表项映射类型为L1 Section,并且虚拟地址1MiB对齐,映射的数量超过256,则执行⑶解除映射Section,后文详细分析函数OsUnmapSection。如果页表项映射类型为Page Table,则执行⑷先解除二级页表映射,然后尝试解除一级页表映射,涉及的2个函数后文详细分析。从虚拟地址开始的需要接触映射的内存页中,可能部分是L2映射,部分是L1映射。完成L2映射后,需要判断是否存在L1映射,如果存在也需要解除映射。⑹处函数使TLB失效,涉及些cp15寄存器和汇编,后续再分析。

STATUS_T LOS_ArchMmuUnmap(LosArchMmu *archMmu, VADDR_T vaddr, size_t count)
{
    PTE_T l1Entry;
    INT32 unmapped = 0;
    UINT32 unmapCount = 0;

    while (count > 0) {
⑴      l1Entry = OsGetPte1(archMmu->virtTtb, vaddr);
        if (OsIsPte1Invalid(l1Entry)) {
⑵          unmapCount = OsUnmapL1Invalid(&vaddr, &count);
        } else if (OsIsPte1Section(l1Entry)) {
            if (MMU_DESCRIPTOR_IS_L1_SIZE_ALIGNED(vaddr) && count >= MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1) {
⑶              unmapCount = OsUnmapSection(archMmu, &vaddr, &count);
            } else {
                LOS_Panic("%s %d, unimplemented\n", __FUNCTION__, __LINE__);
            }
        } else if (OsIsPte1PageTable(l1Entry)) {
⑷          unmapCount = OsUnmapL2PTE(archMmu, vaddr, &count);
            OsTryUnmapL1PTE(archMmu, vaddr, OsGetPte2Index(vaddr) + unmapCount,
                            MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1 - unmapCount);
⑸          vaddr += unmapCount << MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT;
        } else {
            LOS_Panic("%s %d, unimplemented\n", __FUNCTION__, __LINE__);
        }
        unmapped += unmapCount;
    }
⑹  OsArmInvalidateTlbBarrier();
    return unmapped;
}

5.1 函数OsUnmapL1Invalid

函数OsUnmapL1Invalid用于解除无效的映射,会把虚拟地址增加,映射的数量减少。⑴处的MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_SIZE表示1MiB大小,*vaddr % MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_SIZE对1MiB取余,MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_SIZE - (*vaddr % MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_SIZE)表示1MiB大小的内存中分为2部分,一部分在虚拟地址vaddr前,一部分在虚拟地址后,这里取虚拟地址之后的部分。然后向右偏移12位>>MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT转换为内存页数量,再取内存页数的较小的数值。⑵处把解除映射的内存页数量左移12位转换为地址长度,然后更新虚拟地址。⑶处减去已经解除映射的数量。

STATIC INLINE UINT32 OsUnmapL1Invalid(vaddr_t *vaddr, UINT32 *count)
{
    UINT32 unmapCount;

⑴  unmapCount = MIN2((MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_SIZE - (*vaddr % MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_SIZE)) >>
        MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT, *count);
⑵  *vaddr += unmapCount << MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT;
⑶  *count -= unmapCount;

    return unmapCount;
}

5.2 函数OsUnmapSection

函数OsUnmapSection用于解除一级页表的Section映射。⑴处把虚拟地址对应的页表项数据清除为0。⑵处使TLB寄存器失效,⑶更新虚拟地址和映射数量,虚拟地址增加1MiB大小,映射数量减去256。

STATIC UINT32 OsUnmapSection(LosArchMmu *archMmu, vaddr_t *vaddr, UINT32 *count)
{
⑴  OsClearPte1(OsGetPte1Ptr((PTE_T *)archMmu->virtTtb, *vaddr));
⑵  OsArmInvalidateTlbMvaNoBarrier(*vaddr);

⑶  *vaddr += MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_SIZE;
    *count -= MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1;

    return MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1;
}

5.3 函数OsUnmapL2PTE

函数OsUnmapL2PTE用于解除L2页表映射。⑴处先调用函数OsGetPte1()计算虚拟内存地址对应的L1页表项,然后调用函数OsGetPte2BasePtr()计算虚拟地址对应的L2页表基地址。⑵处获取虚拟地址对应的的L2页表项索引,计算方式上文已经讲述。⑶处计算需要解除映射的内存页数量,MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1 - pte2Index表示虚拟内存地址对应的能解除映射的最大数量,使用该值与count取最小值。⑷处依次解除各个二级页表的映射,把对应的各个L2页表项设置为0。⑸处使TLB缓存失效。

STATIC UINT32 OsUnmapL2PTE(const LosArchMmu *archMmu, vaddr_t vaddr, UINT32 *count)
{
    UINT32 unmapCount;
    UINT32 pte2Index;
    PTE_T *pte2BasePtr = NULL;

⑴  pte2BasePtr = OsGetPte2BasePtr(OsGetPte1((PTE_T *)archMmu->virtTtb, vaddr));
    if (pte2BasePtr == NULL) {
        LOS_Panic("%s %d, pte2 base ptr is NULL\n", __FUNCTION__, __LINE__);
    }

⑵  pte2Index = OsGetPte2Index(vaddr);
⑶  unmapCount = MIN2(MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1 - pte2Index, *count);

    /* unmap page run */
⑷  OsClearPte2Continuous(&pte2BasePtr[pte2Index], unmapCount);

    /* invalidate tlb */
⑸  OsArmInvalidateTlbMvaRangeNoBarrier(vaddr, unmapCount);

    *count -= unmapCount;
    return unmapCount;
}

5.4 OsTryUnmapL1PTE函数

函数OsTryUnmapL1PTE()用于解除L1页表映射,其中参数需要MMU结构体、虚拟内存地址vaddr、页表项索引scanIndex和要解除映射的内存页数scanCount。调用该函数时,页表项索引传入参数scanIndex的实参为OsGetPte2Index(vaddr) + unmapCount,即虚拟内存对应的L2页表项索引加上解除映射的页数量;要解除映射的内存页数量参数的实参为MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1 - unmapCount,即256减去已经解除映射的数量。回忆上文调用该函数OsTryUnmapL1PTE()的代码处,先调用OsUnmapL2PTE()函数解除unmapCount个映射,然后调用该函数解除映射MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1 - unmapCount个映射。

⑴处先执行函数OsGetPte1(archMmu->virtTtb, vaddr)获取页表项,然后执行函数OsGetPte2BasePtr()获得L2页表项基地址。⑵处执行循环检测是否存在可以解除映射的页表映射。⑶当scanIndex等于256时,置为0。⑷处当L2页表项不为0时,此时存在L2页表映射,跳出while循环。⑸处页数减1,不为0时则继续while循环。

当可以解除映射的数量为0时,执行⑹处代码,先获取L1页表项索引l1Index,然后获取对应的页表项l1Entry。执行⑺清零页表项,然后清理TLB缓存。⑻处调用函数OsPutL2Table()释放L2页表项内存,其中第3个实际参数MMU_DESCRIPTOR_L1_PAGE_TABLE_ADDR(l1Entry)是L2y页表物理基地址。下面会详细看下函数的代码。

STATIC VOID OsTryUnmapL1PTE(const LosArchMmu *archMmu, vaddr_t vaddr, UINT32 scanIndex, UINT32 scanCount)
{
    /*
     * Check if all pages related to this l1 entry are deallocated.
     * We only need to check pages that we did not clear above starting
     * from scanIndex and wrapped around SECTION.
     */
    UINT32 l1Index;
    PTE_T l1Entry;
    PTE_T *pte2BasePtr = NULL;

⑴  pte2BasePtr = OsGetPte2BasePtr(OsGetPte1(archMmu->virtTtb, vaddr));
    if (pte2BasePtr == NULL) {
        VM_ERR("pte2 base ptr is NULL");
        return;
    }

⑵  while (scanCount) {
⑶      if (scanIndex == MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1) {
            scanIndex = 0;
        }
⑷      if (pte2BasePtr[scanIndex++]) {
            break;
        }
⑸      scanCount--;
    }

⑹  if (!scanCount) {
        l1Index = OsGetPte1Index(vaddr);
        l1Entry = archMmu->virtTtb[l1Index];
        /* we can kill l1 entry */
⑺      OsClearPte1(&archMmu->virtTtb[l1Index]);
        OsArmInvalidateTlbMvaNoBarrier(l1Index << MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_SHIFT);

        /* try to free l2 page itself */
⑻      OsPutL2Table(archMmu, l1Index, MMU_DESCRIPTOR_L1_PAGE_TABLE_ADDR(l1Entry));
    }
}

看下函数OsPutL2Table()的实现。⑴处遍历检查是否存在有L1页表项指向此L2页表,如果存在则返回。否则,需要释放L2页表项占用的内存。如果开启虚拟内存,则执行⑵获取物理内存对应的内存页,然后释放内存页。如果没有开启虚拟内存,则执行⑶调用函数LOS_MemFree()释放物理内存。

STATIC VOID OsPutL2Table(const LosArchMmu *archMmu, UINT32 l1Index, paddr_t l2Paddr)
{
    UINT32 index;
    PTE_T ttEntry;
    /* check if any l1 entry points to this l2 table */
    for (index = 0; index < MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_L2_TABLES_PER_PAGE; index++) {
⑴      ttEntry = archMmu->virtTtb[ROUNDDOWN(l1Index, MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_L2_TABLES_PER_PAGE) + index];
        if ((ttEntry &  MMU_DESCRIPTOR_L1_TYPE_MASK) == MMU_DESCRIPTOR_L1_TYPE_PAGE_TABLE) {
            return;
        }
    }
#ifdef LOSCFG_KERNEL_VM
    /* we can free this l2 table */
⑵  LosVmPage *vmPage = LOS_VmPageGet(l2Paddr);
    if (vmPage == NULL) {
        LOS_Panic("bad page table paddr %#x\n", l2Paddr);
        return;
    }

    LOS_ListDelete(&vmPage->node);
    LOS_PhysPageFree(vmPage);
#else
⑶  (VOID)LOS_MemFree(OS_SYS_MEM_ADDR, LOS_PaddrToKVaddr(l2Paddr));
#endif
}

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已于2021-12-7 20:52:25修改
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