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第四章：地址空间

本章实现了基于 RISC-V Sv39 的虚拟内存管理，为每个进程提供独立的地址空间。

功能概述

Sv39 三级页表管理，内核与用户地址空间隔离
ELF 程序加载到独立地址空间
异界传送门 (MultislotPortal) 实现跨地址空间的上下文切换
内核堆分配器初始化，支持动态内存分配
系统调用中进行用户地址翻译和权限检查

用户程序加载

用户程序在编译时通过 APP_ASM 环境变量内联到内核镜像中，运行时解析 ELF 并映射到独立地址空间。

系统调用

系统调用	功能
`write`	向标准输出写入数据（需地址翻译）
`exit`	退出当前进程
`sched_yield`	主动让出 CPU
`clock_gettime`	获取当前时间
`sbrk`	调整进程堆空间

异界传送门 (MultislotPortal)

当内核与用户程序使用不同的地址空间时，上下文切换变得复杂——切换 satp 后代码可能无法继续执行。MultislotPortal 解决这个问题：

传送门页面同时映射到内核和所有用户地址空间的相同虚拟地址
切换时先跳转到传送门，在传送门内切换 satp
由于传送门在两个地址空间的虚拟地址相同，切换后代码仍能执行

// 传送门位于虚拟地址空间最高页
const PROTAL_TRANSIT: VPN<Sv39> = VPN::MAX;

// 用户地址空间共享内核的传送门页表项
process.address_space.root()[portal_idx] = kernel_space.root()[portal_idx];

// 通过传送门执行用户程序
unsafe { ctx.execute(portal, ()) };

Exercise

见 Exercise

Dependencies

依赖	说明
`xmas-elf`	ELF 文件解析
`riscv`	RISC-V CSR 寄存器访问（`satp`, `scause`）
`tg-sbi`	SBI 调用封装库
`tg-linker`	链接脚本生成、内核布局定位、用户程序元数据
`tg-console`	控制台输出 (`print!`/`println!`) 和日志
`tg-kernel-context`	用户上下文及异界传送门 `MultislotPortal`（启用 `foreign` feature）
`tg-kernel-alloc`	内核内存分配器
`tg-kernel-vm`	虚拟内存管理
`tg-syscall`	系统调用定义与分发

Features

Feature	说明
`nobios`	无需外部 SBI 实现，直接从 QEMU `-bios none` 模式启动

License

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