penglai sbi 内存管理单元 walk_enclave_pt

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#服务器 #linux #运维

penglai sbi walk_enclave_pt

static pte_t* walk_enclave_pt(pte_t *enclave_root_pt, uintptr_t vaddr)
{
	pte_t *pgdir = enclave_root_pt;
	int i;
	int level = (VA_BITS - RISCV_PGSHIFT) / RISCV_PGLEVEL_BITS;
	for (i = 0; i < level - 1; i++)
	{
		int pt_index = get_pt_index(vaddr , i);
		pte_t pt_entry = pgdir[pt_index];
		if(unlikely(!PTE_TABLE(pt_entry)))
		{
			return 0;
		}
		pgdir = (pte_t *)pte2pa(pt_entry);
	}

	return &pgdir[get_pt_index(vaddr , level - 1)];
}

这段代码实现了一个函数 walk_enclave_pt，用于在一个内存管理单元（MMU）的页表结构中查找特定虚拟地址对应的页表项。这个函数在 RISC-V 架构下工作，用于遍历多级页表以找到对应虚拟地址的页表项。以下是代码的详细解释：

1 代码解释

1.1. 函数参数：

pte_t *enclave_root_pt：指向 enclave 内存空间的根页表的指针。
uintptr_t vaddr：需要查找的虚拟地址。

1.2. 变量定义：

pte_t *pgdir：用于遍历页表的当前层级，初始时指向根页表。
int level：页表的层级数目，计算方式为 (VA_BITS - RISCV_PGSHIFT) / RISCV_PGLEVEL_BITS。其中：
- VA_BITS 是虚拟地址的位数。
- RISCV_PGSHIFT 是页大小的位移（通常为 12，因为页大小为 4KB）。
- RISCV_PGLEVEL_BITS 是每级页表索引的位数（通常为 9，因为每级页表有 512 个条目，log2(512) = 9）。

1.3. 遍历页表层级：

使用一个循环从根页表开始遍历到叶子页表：
- 计算当前虚拟地址在当前页表层级的索引 pt_index，调用 get_pt_index(vaddr, i) 函数。
- 获取当前页表项 pt_entry。
- 检查该页表项是否为页表（PTE_TABLE(pt_entry)），如果不是，则返回 0。
- 将当前页表指针更新为下一级页表的物理地址转换后的虚拟地址 pgdir = (pte_t *)pte2pa(pt_entry)。

1.4. 返回叶子页表项：

当遍历到最后一级页表时，返回对应虚拟地址的页表项指针 &pgdir[get_pt_index(vaddr, level - 1)]。

2 实现逻辑

多级页表遍历：该函数遍历多级页表结构，从根页表开始，逐级找到目标虚拟地址的页表项。
页表项检查：在每级页表中，检查当前页表项是否指向下一个页表。如果不是，则返回空指针（表示页表未建立或不完整）。
地址转换：通过 pte2pa 将页表项中的物理地址转换为虚拟地址，以便继续遍历下一级页表。

3 注意事项

页表结构：假设使用的是标准的 RISC-V 页表结构，其中每级页表有 512 个条目，每个条目大小为 8 字节。
函数依赖：依赖于其他未定义的函数和宏，如 get_pt_index、pte2pa 和 PTE_TABLE，这些需要在实际的实现中提供。
错误处理：如果在遍历过程中发现某一级页表不存在（即页表项不表示一个页表），函数立即返回 0，表示查找失败。

这个函数是内存管理中的一个关键部分，用于在多级页表中查找特定虚拟地址对应的页表项，以便进行内存映射或其他内存管理操作。

4. get_pt_index

static inline int get_pt_index(uintptr_t vaddr, int level)
{
	int index = vaddr >> (VA_BITS - (level + 1)*RISCV_PGLEVEL_BITS);

	return index & ((1 << RISCV_PGLEVEL_BITS) - 1) ;
}

该函数用于在多级页表结构中确定虚拟地址在某一特定层级的索引位置。它根据虚拟地址的位移和页表层级来计算索引，具体解释如下：

4.1 函数解释

函数参数：
- uintptr_t vaddr：需要计算索引的虚拟地址。
- int level：表示当前页表的层级，从 0 开始计数，0 表示根页表。
函数逻辑：
- 通过右移操作将虚拟地址 vaddr 右移 (VA_BITS - (level + 1)*RISCV_PGLEVEL_BITS) 位，这相当于去除了低 (VA_BITS - (level + 1)*RISCV_PGLEVEL_BITS) 位，保留了用于该层级索引的位。
- VA_BITS 是虚拟地址的总位数。
- RISCV_PGLEVEL_BITS 是每级页表索引的位数，通常为 9，因为每级页表有 512 个条目（2^9 = 512）。
- (level + 1)*RISCV_PGLEVEL_BITS 计算了当前层级及以下所有层级的索引位数之和。
- 右移后，结果与 (1 << RISCV_PGLEVEL_BITS) - 1 进行按位与操作，这一步是为了提取出该层级的索引值，并确保其在有效范围内（即 0 到 2^RISCV_PGLEVEL_BITS - 1 之间）。
返回值：返回一个整数，表示虚拟地址 vaddr 在层级 level 的页表中的索引。

4.2 举例说明

假设 VA_BITS 为 64，RISCV_PGLEVEL_BITS 为 9，那么从根页表（第 0 级）开始，每增加一级页表，索引位数增加 9 位：

第 0 级索引由最高 9 位确定。
第 1 级索引由接下来的 9 位确定，以此类推。

如果虚拟地址为 0x123456789ABCDEF0，在第 0 级页表中，该函数计算索引时会提取出最高 9 位进行处理。

5. pte2pa

static inline uintptr_t pte2pa(pte_t pte)
{
	return (pte >> PTE_PPN_SHIFT) << RISCV_PGSHIFT;
}

下面是对这个函数的详细解释：

5.1 函数功能

该函数将页表项（pte）转换为对应的物理地址。在 RISC-V 系统中，页表项包含了物理页面的编号（PPN，Physical Page Number），通过该函数可以提取出物理地址。

5.2 函数参数

pte_t pte：页表项，包含了物理页面编号和其他标志位。

5.3 返回值

返回一个 uintptr_t 类型的物理地址。

5.4 函数实现逻辑

提取物理页面编号（PPN）：
- pte >> PTE_PPN_SHIFT：将页表项右移 PTE_PPN_SHIFT 位，移除页表项中的标志位和其他不相关的位，得到物理页面编号（PPN）。PTE_PPN_SHIFT 是页表项中物理页面编号的起始位位置。
转换为物理地址：
- (pte >> PTE_PPN_SHIFT) << RISCV_PGSHIFT：将提取出的物理页面编号左移 RISCV_PGSHIFT 位，得到物理地址。RISCV_PGSHIFT 是页大小的位移，通常为 12（对应 4KB 的页大小）。

5.5 示例说明

假设页表项 pte 的值为 0x0000008300000001，其中物理页面编号部分为 0x00000083，页表项中的标志位为 0x00000001。

PTE_PPN_SHIFT 为 10（假设页表项中物理页面编号的起始位位置为 10）。
RISCV_PGSHIFT 为 12。
提取物理页面编号：0x0000008300000001 >> 10 = 0x0000008300000001 >> 10 = 0x0000000000000000（这里需要根据实际 PTE_PPN_SHIFT 和页表项格式进行计算）。
转换为物理地址：0x0000000000000000 << 12 = 0x0000000000000000。