axaddrspace

介绍

内存虚拟化由axaddrspace实现，该模块与架构无关，负责管理和映射客户虚拟机的二级地址空间（GPA -> HPA）

系统架构

模块组织

axaddrspace/
    ├── src/
    │   ├── address_space/   
    |   |   ├── backend
    |   |   |    ├── alloc.rs   - 动态分配映射实现
    |   |   |    ├── linear.rs  - 线性映射实现
    |   |   └── ├── mod.rs     - 模块入口
    |   └── ├── mod.rs     - 客户机物理地址空间管理模块
    │   ├── npt/
    │   |   ├── arch/
    │   |   |   ├── aarch64.rs   - ARMv8 架构下嵌套页表管理
    │   |   |   ├── mod.rs       - 模块入口
    │   │   |   ├── riscv.rs     - riscv页表管理
    │   │   └── ├── x86_64.rs    - x86_64 架构扩展页表管理
    │   └── ├── mod.rs       - 模块入口
    │   ├── addr.rs      - 地址类型定义
    │   └── lib.rs       - 库入口点

关键数据结构

客户机物理地址空间结构体

#![allow(unused)]
fn main() {
pub struct AddrSpace<H: PagingHandler> {
  va_range: GuestPhysAddrRange,  //地址空间范围
  areas: MemorySet<Backend<H>>,  //内存区域集合
  pt: PageTable<H>,              //嵌套页表实例
}
}

该结构体使用了一个泛型类型参数，该参数受page_table_multiarch模块中PagingHandler trait的约束。

核心功能实现

功能代码

定义一个统一内存映射后端枚举类型 Backend<H>，用于抽象不同策略的物理内存管理方式。通过泛型参数 H: PagingHandler 实现对不同页表操作接口的兼容，允许后端适配不同架构的页表实现（如x86_64的EPT、ARM的Stage-2页表）。

#![allow(unused)]
fn main() {
pub enum Backend<H: PagingHandler> {
  /// Linear mapping backend.
  Linear {
    /// `vaddr - paddr`.
    pa_va_offset: usize,
  },
  /// Allocation mapping backend.
  Alloc {
    populate: bool,
    _phantom: core::marker::PhantomData<H>,
  },
}
}

当前支持两种内存映射后端策略：

Linear（线性映射）物理地址 = 虚拟地址 - pa_va_offset
Alloc（动态分配映射）：通过全局分配器动态获取物理帧，支持两种模式：
- 预分配模式 (populate=true): 立即分配所有物理帧，无缺页开销
- 按需分配模式 (populate=false): 延迟分配，通过缺页异常触发分配

文件alloc.rs实现了动态分配映射:

方法	功能描述
`new_alloc`	创建后端实例，指定是否预分配
`map_alloc`	建立客户机虚拟地址到动态分配物理帧的映射
`unmap_alloc`	解除映射并释放关联的物理帧
`handle_page_fault`	处理缺页异常，为未映射的地址分配物理帧

文件linear.rs实现了线性映射，功能有：

impl<H: PagingHandler> Backend<H> {
    // 创建线性映射后端实例
    pub const fn new_linear(pa_va_offset: usize) -> Self
    // 执行线性映射
    pub(crate) fn map_linear(...) -> bool 
    // 解除线性映射
    pub(crate) fn unmap_linear(...) -> bool

}

axaddrspace通过使用page_table_multiarch的泛型页表框架和page_table_entry的标准接口定义，实现了支持x86、ARM、RISC-V的嵌套页表管理的多架构兼容。

依赖注入

AddrSpace结构体表示虚拟机的内存区域和二级地址映射，依赖于泛型类型PagingHandler处理页表相关操作。axaddrspace由axvm的AxVM结构体拥有和管理，而AxVM依赖于定义在axvm的hal.rs中的AxVMHal trait。

实际上，PagingHandler是AxVMHal trait的一个关联类型：

// 底层软件（内核或虚拟机监控程序）必须实现的接口
pub trait AxVMHal: Sized {
    type PagingHandler: page_table_multiarch::PagingHandler;
    // 将虚拟地址转换为对应的物理地址
    fn virt_to_phys(vaddr: HostVirtAddr) -> HostPhysAddr;
    // 获取当前时间（纳秒）
    fn current_time_nanos() -> u64;
	// ...
}

AxVMHal由vmm-app中的AxVMHalImpl实现，其关联类型PagingHandler依赖于ArceOS的axhal模块提供的PagingHandlerImpl：

pub struct AxVMHalImpl;

impl AxVMHal for AxVMHalImpl {
    type PagingHandler = axhal::paging::PagingHandlerImpl;
    fn virt_to_phys(vaddr: VirtAddr) -> PhysAddr {
        axhal::mem::virt_to_phys(vaddr)
    }
    fn current_time_nanos() -> u64 {
        axhal::time::monotonic_time_nanos()
    }
	// ...
}

当前设计通过Rust的泛型类型（Trait）及其关联类型机制实现了依赖注入。

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