使用多级页表

我们需要把页表放在内存里，并且需要有办法修改页表，比如在页表里增加一个页面的映射或者删除某个页面的映射。

最主要的是两个接口：

page_insert()，在页表里建立一个映射

page_remove()，在页表里删除一个映射

这些我们都在kern/mm/pmm.c里面编写。

我们来看page_insert(),page_remove()的实现。注意它们都要调用两个对页表项进行操作的函数：get_pte()和page_remove_pte()

int page_insert(pde_t *pgdir, struct Page *page, uintptr_t la, uint32_t perm) {
    //pgdir是页表基址(satp)，page对应物理页面，la是虚拟地址
    pte_t *ptep = get_pte(pgdir, la, 1);
    //先找到对应页表项的位置，如果原先不存在，get_pte()会分配页表项的内存
    if (ptep == NULL) {
        return -E_NO_MEM;
    }
    page_ref_inc(page);//指向这个物理页面的虚拟地址增加了一个
    if (*ptep & PTE_V) { //原先存在映射
        struct Page *p = pte2page(*ptep);
        if (p == page) {//如果这个映射原先就有
            page_ref_dec(page);
        } else {//如果原先这个虚拟地址映射到其他物理页面，那么需要删除映射
            page_remove_pte(pgdir, la, ptep);
        }
    }
    *ptep = pte_create(page2ppn(page), PTE_V | perm);//构造页表项
    tlb_invalidate(pgdir, la);//页表改变之后要刷新TLB
    return 0;
}
void page_remove(pde_t *pgdir, uintptr_t la) {
    pte_t *ptep = get_pte(pgdir, la, 0);//找到页表项所在位置
    if (ptep != NULL) {
        page_remove_pte(pgdir, la, ptep);//删除这个页表项的映射
    }
}
//删除一个页表项以及它的映射
static inline void page_remove_pte(pde_t *pgdir, uintptr_t la, pte_t *ptep) {
    if (*ptep & PTE_V) {  //(1) check if this page table entry is valid
        struct Page *page = pte2page(*ptep);  //(2) find corresponding page to pte
        page_ref_dec(page);   //(3) decrease page reference
        if (page_ref(page) == 0) {  
            //(4) and free this page when page reference reachs 0
            free_page(page);
        }
        *ptep = 0;                  //(5) clear page table entry
        tlb_invalidate(pgdir, la);  //(6) flush tlb
    }
}
//寻找(有必要的时候分配)一个页表项
pte_t *get_pte(pde_t *pgdir, uintptr_t la, bool create) {
    /* LAB2 EXERCISE 2: YOUR CODE
     *
     * If you need to visit a physical address, please use KADDR()
     * please read pmm.h for useful macros
     *
     * Maybe you want help comment, BELOW comments can help you finish the code
     *
     * Some Useful MACROs and DEFINEs, you can use them in below implementation.
     * MACROs or Functions:
     *   PDX(la) = the index of page directory entry of VIRTUAL ADDRESS la.
     *   KADDR(pa) : takes a physical address and returns the corresponding
     * kernel virtual address.
     *   set_page_ref(page,1) : means the page be referenced by one time
     *   page2pa(page): get the physical address of memory which this (struct
     * Page *) page  manages
     *   struct Page * alloc_page() : allocation a page
     *   memset(void *s, char c, size_t n) : sets the first n bytes of the
     * memory area pointed by s
     *                                       to the specified value c.
     * DEFINEs:
     *   PTE_P           0x001                   // page table/directory entry
     * flags bit : Present
     *   PTE_W           0x002                   // page table/directory entry
     * flags bit : Writeable
     *   PTE_U           0x004                   // page table/directory entry
     * flags bit : User can access
     */
    pde_t *pdep1 = &pgdir[PDX1(la)];//找到对应的Giga Page
    if (!(*pdep1 & PTE_V)) {//如果下一级页表不存在，那就给它分配一页，创造新页表
        struct Page *page;
        if (!create || (page = alloc_page()) == NULL) {
            return NULL;
        }
        set_page_ref(page, 1);
        uintptr_t pa = page2pa(page);
        memset(KADDR(pa), 0, PGSIZE);
        //我们现在在虚拟地址空间中，所以要转化为KADDR再memset.
        //不管页表怎么构造，我们确保物理地址和虚拟地址的偏移量始终相同，那么就可以用这种方式完成对物理内存的访问。
        *pdep1 = pte_create(page2ppn(page), PTE_U | PTE_V);//注意这里R,W,X全零
    }
    pde_t *pdep0 = &((pde_t *)KADDR(PDE_ADDR(*pdep1)))[PDX0(la)];//再下一级页表
    //这里的逻辑和前面完全一致，页表不存在就现在分配一个
    if (!(*pdep0 & PTE_V)) {
        struct Page *page;
        if (!create || (page = alloc_page()) == NULL) {
                return NULL;
        }
        set_page_ref(page, 1);
        uintptr_t pa = page2pa(page);
        memset(KADDR(pa), 0, PGSIZE);
        *pdep0 = pte_create(page2ppn(page), PTE_U | PTE_V);
    }
    //找到输入的虚拟地址la对应的页表项的地址(可能是刚刚分配的)
    return &((pte_t *)KADDR(PDE_ADDR(*pdep0)))[PTX(la)];
}