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

快速开始

在 tg-ch4 目录下执行：

cargo run                      # 基础模式
cargo run --features exercise  # 练习模式

默认会在 tg-ch4 目录下创建 tg-user 源码目录（通过 cargo clone）。 默认拉取版本为 0.2.0-preview.1，可通过环境变量 TG_USER_VERSION 覆盖。 若已有本地 tg-user，可通过 TG_USER_DIR 指定路径。

测试

./test.sh  # 全部测试，等价于 ./test.sh all
./test.sh base  # 基础测试
./test.sh exercise  # 练习测试

用户程序加载

tg-ch4 在构建阶段会拉取 tg-user 并编译用户程序，生成 APP_ASM 内联到内核镜像中，运行时解析 ELF 并映射到独立地址空间。

默认 QEMU 启动参数

-machine virt -nographic -bios none

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：

1. 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
2. 切换时先跳转到传送门，在传送门内切换 satp
3. 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, ()) };

系统调用

依赖与配置

Features

Dependencies

练习

见 Exercise

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