1个不稳定版本

0.1.0	2020年4月8日

#338 在操作系统

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140KB
4K SLoC

rCore-Tutorial-v3

rCore-Tutorial版本3.6。请参阅中文文档。

rCore-Tutorial API文档。请参阅十个操作系统的API文档

如果您不了解Rust语言并想学习它，请访问Rust学习资源

官方QQ群号：735045051

新闻

2022年6月23日：版本3.6.0正在路上！现在我们直接在chX分支上更新代码，请定期检查是否有更新。

概述

本项目旨在展示如何从零开始，使用Rust语言为初学者编写运行在RISC-V平台上的类似Unix的操作系统，无需任何关于计算机架构、汇编语言或操作系统的背景知识。

特点

支持平台：qemu-system-riscv64 模拟器或基于Kendryte K210 SoC 的开发板，例如Maix Dock
操作系统
- 多个进程的并发，每个进程包含多个本地线程
- 抢占式调度（轮询算法）
- 内核中的动态内存管理
- 虚拟内存
- 一个带有块缓存的简单文件系统
- 用户空间中的交互式shell
代码行数只有4K+
尽管代码中缺少注释，但提供了中文的详细文档（目前没有提供英文版本）

先决条件

安装Rust

查看官方指南。

安装一些工具

$ rustup target add riscv64gc-unknown-none-elf
$ cargo install cargo-binutils --vers =0.3.3
$ rustup component add llvm-tools-preview
$ rustup component add rust-src

安装Qemu

在此，我们手动编译并安装Qemu 7.0.0。例如，在Ubuntu 18.04上

# install dependency packages
$ sudo apt install autoconf automake autotools-dev curl libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev \
              gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc \
              zlib1g-dev libexpat-dev pkg-config  libglib2.0-dev libpixman-1-dev git tmux python3 python3-pip
# download Qemu source code
$ wget https://download.qemu.org/qemu-7.0.0.tar.xz
# extract to qemu-7.0.0/
$ tar xvJf qemu-7.0.0.tar.xz
$ cd qemu-7.0.0
# build
$ ./configure --target-list=riscv64-softmmu,riscv64-linux-user
$ make -j$(nproc)

然后，将以下内容添加到~/.bashrc中（请根据您的环境调整这些路径）

export PATH=$PATH:/home/shinbokuow/Downloads/built/qemu-7.0.0
export PATH=$PATH:/home/shinbokuow/Downloads/built/qemu-7.0.0/riscv64-softmmu
export PATH=$PATH:/home/shinbokuow/Downloads/built/qemu-7.0.0/riscv64-linux-user

最后，更新当前shell

$ source ~/.bashrc

现在我们可以检查Qemu的版本了

$ qemu-system-riscv64 --version
QEMU emulator version 7.0.0
Copyright (c) 2003-2020 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

安装RISC-V GNU嵌入式工具链（包括GDB）

根据您的平台，从Sifive网站下载压缩文件（使用Ctrl+F 'toolchain'）。

解压并将其根目录下的'bin'目录的路径添加到$PATH。

例如，我们可以检查GDB的版本

$ riscv64-unknown-elf-gdb --version
GNU gdb (SiFive GDB-Metal 10.1.0-2020.12.7) 10.1
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.

安装串行工具（可选，如果您想在K210上运行的话）

$ pip3 install pyserial
$ sudo apt install python3-serial

运行我们的项目

Qemu

$ git clone https://github.com/rcore-os/rCore-Tutorial-v3.git
$ cd rCore-Tutorial-v3/os
$ make run

输出一些调试信息后，内核列出所有可用的应用程序并进入用户shell

/**** APPS ****
mpsc_sem
usertests
pipetest
forktest2
cat
initproc
race_adder_loop
threads_arg
race_adder_mutex_spin
race_adder_mutex_blocking
forktree
user_shell
huge_write
race_adder
race_adder_atomic
threads
stack_overflow
filetest_simple
forktest_simple
cmdline_args
run_pipe_test
forktest
matrix
exit
fantastic_text
sleep_simple
yield
hello_world
pipe_large_test
sleep
phil_din_mutex
**************/
Rust user shell
>>

您可以运行除了initproc和user_shell自身以外的任何应用程序。要运行一个应用程序，只需输入其文件名并按回车键。推荐使用usertests，因为它可以运行多个应用程序。

输入Ctrl+a然后x来退出Qemu。

K210

在第六章之前，您不需要SD卡

$ git clone https://github.com/rcore-os/rCore-Tutorial-v3.git
$ cd rCore-Tutorial-v3/os
$ make run BOARD=k210

从第六章开始，在运行内核之前，我们应该将SD卡插入到PC中，并将文件系统镜像手动写入到SD卡

$ cd rCore-Tutorial-v3/os
$ make sdcard

默认情况下，它将覆盖设备/dev/sdb，即SD卡，但您可以提供另一个位置。例如，使用make sdcard SDCARD=/dev/sdc。

之后，将SD卡从PC上拔出，并插入到K210的插槽中。将K210连接到PC，然后

$ git clone https://github.com/rcore-os/rCore-Tutorial-v3.git
$ cd rCore-Tutorial-v3/os
$ make run BOARD=k210

输入Ctrl+]来从K210断开连接。

显示操作系统内核版本的运行时调试信息

ch9-log分支包含大量调试信息。您可以尝试运行rcore教程以了解操作系统内核的内部行为。

$ git clone https://github.com/rcore-os/rCore-Tutorial-v3.git
$ cd rCore-Tutorial-v3/os
$ git checkout ch9-log
$ make run
......
[rustsbi] RustSBI version 0.2.0-alpha.10, adapting to RISC-V SBI v0.3
.______       __    __      _______.___________.  _______..______   __
|   _  \     |  |  |  |    /       |           | /       ||   _  \ |  |
|  |_)  |    |  |  |  |   |   (----`---|  |----`|   (----`|  |_)  ||  |
|      /     |  |  |  |    \   \       |  |      \   \    |   _  < |  |
|  |\  \----.|  `--'  |.----)   |      |  |  .----)   |   |  |_)  ||  |
| _| `._____| \______/ |_______/       |__|  |_______/    |______/ |__|

[rustsbi] Implementation: RustSBI-QEMU Version 0.0.2
[rustsbi-dtb] Hart count: cluster0 with 1 cores
[rustsbi] misa: RV64ACDFIMSU
[rustsbi] mideleg: ssoft, stimer, sext (0x222)
[rustsbi] medeleg: ima, ia, bkpt, la, sa, uecall, ipage, lpage, spage (0xb1ab)
[rustsbi] pmp0: 0x10000000 ..= 0x10001fff (rw-)
[rustsbi] pmp1: 0x2000000 ..= 0x200ffff (rw-)
[rustsbi] pmp2: 0xc000000 ..= 0xc3fffff (rw-)
[rustsbi] pmp3: 0x80000000 ..= 0x8fffffff (rwx)
[rustsbi] enter supervisor 0x80200000
[KERN] rust_main() begin
[KERN] clear_bss() begin
[KERN] clear_bss() end
[KERN] mm::init() begin
[KERN] mm::init_heap() begin
[KERN] mm::init_heap() end
[KERN] mm::init_frame_allocator() begin
[KERN] mm::frame_allocator::lazy_static!FRAME_ALLOCATOR begin
......

Rustdoc

目前它只能帮助您查看代码，因为只有一小部分代码被文档化。

您可以使用cargo doc --no-deps --open在os目录下打开os的doc html。

OS-API-DOCS

Ten OS的API文档

进行中

我们的第一个版本3.6.0（第1-9章）已经发布，我们仍在继续完善它。

第9章：需要更多关于不同I/O设备的描述

以下是自3.5.0以来的更新

完成

在运行项目到不同平台之前，自动清理并重新构建
修复了早期章节中的power系列应用程序，现在可以在输出中找到模数
使用 UPSafeCell 替代 RefCell 或 spin::Mutex 来访问静态数据结构，并调整其 API 以防止同时借用两次（在 run_first_task 中提及 & .exclusive_access().task[0]）
将 TaskContext 移入 TaskControlBlock，而不是在内核堆栈上原地恢复（自第3章起），消除令人烦恼的 task_cx_ptr2
用 asm! 替换 llvm_asm!
将 rcore-fs-fuse 生成的 fs 图像大小扩展到 128MiB
添加一个名为 huge_write 的新测试，该测试评估 fs 性能（qemu 约 500KiB/s，k210 约 50KiB/s）
在涉及写操作的 fs 事务后，将所有块缓存刷新到磁盘
在 SMP 章节之前用 UPSafeCell 替换 spin::Mutex
添加关于同步与互斥的新章节代码（仅限单处理器）
错误修复：在 PageTable::unmap 中应调用 find_pte 而不是 find_pte_create
澄清：“在 find_pte 中检查第三级 pte 的有效性，而不是在此函数外部检查” 不应是一个错误
第8章的代码：单处理器的同步
交换第6章和第7章的代码
在第7/8章支持信号机制（仅适用于单线程的应用程序）
添加 boards/ 目录并支持 rustdoc，例如，您可以使用 cargo doc --no-deps --open 来查看 crate 的文档
第9章的代码：基于中断的设备驱动程序，包括 UART、块、键盘、鼠标、GPU 设备
在 GitHub 中添加 CI 自动测试和文档

待办事项（高优先级）

审查文档，当前进度：8/9
可选地使用旧的 fs 图像，而不总是重建图像
shell 功能改进（待续...）
为每个非零进程退出代码提供一个唯一且清晰的错误类型
有效处理 mm 模块的错误
添加更多 os 函数以理解 os 概念和原则

待办事项（低优先级）

重写实践文档并删除一些不适当的问题
在 Rust 源代码级别提供流畅的调试体验
使用官方工具格式化代码

Crates

我们将在以后添加它们。

依赖项

~5MB
~66K SLoC