rCore技术详解：基于Rust语言的RISC-V操作系统开发

rCore技术详解：基于Rust语言的RISC-V操作系统开发

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/2301_79725204/article/details/143097003

rCore是一个基于Rust语言开发的类Unix操作系统，主要运行在RISC-V架构上。本文将详细介绍rCore的开发过程，包括裸机打印、分时时间轮转、虚拟页表、进程管理、文件系统和多线程等核心功能的实现。

基础环境

QEMU 是一个开源的虚拟化软件，可以模拟多种架构的硬件，使用户能够在不同的平台上运行操作系统和应用程序。在rCore中用到qemu-system-riscv64

BIOS是计算机的固件，负责在启动时初始化硬件并引导操作系统。在rCore中使用RUSTSBI

编译:cargo+riscv64gc-unknown-none-elf（指定平台）

开发步骤

在开源操作系统青训营的第二阶段，对rCore的学习中，写出一个os是循序渐进的

第一步：先脱离标准库限制去打印字符串，裸机打印"hello world"

用到链接脚本（.ld）内核程序加载脚本（.S）RUSTSBI（bootloader）riscv汇编代码

Riscv下的OS代码三模式：M（machine）S（supervisor）U（user）

• M模式：RUSTSBI实现
• S模式：各种操作系统功能的底层实现，涉及访问内存硬件资源
• U模式：应用程序，地址空间与S模式隔离，受错误处理机制监视

entry.S和linker.ld：加载内核到内存中

Rustsbi提供中断和异常的处理，定时器，内存管理等

第二步：实现分时时间轮转运行应用程序

用到switch.S(切换脚本),trap.S(异常处理脚本),懒加载

批处理系统：

• 在任务队列中加载应用程序
• 设置任务的状态:运行(running),挂起(ready),退出(exit)
• 保存当前任务的上下文
• 切换到下一个任务，放入switch中运行

在这个基础上加每个任务运行最大时间限制就是分时时间轮转了，用到定时器中断

异常处理

• enable_timer_interrupt函数实现定时
• Trap_handler实现监督，
• 超时则挂起当前任务，运行下一个任务
• Trap_handler
• 中断处理
• 程序异常时退出并报错
• 系统调用

第三步，实现虚拟页表在内存中存储数据

用到SV39,mmu(硬件,辅助虚拟地址转换为物理地址)

• SV39划分了39位虚拟地址和56位物理地址
• 39位=vpn0(2^9)+ vpn1(2^9)+ vpn2(2^9)+page_offset(2^12)
• vpn0, vpn1, vpn2都是虚拟页号，索引到页表
• 第一级页表包含了第二级页表的地址，
• 第二级页表包含了第三级页表的地址，
• 第三级页表包含了映射的物理页号(44位)和页表项（读写权限），
• 物理页号+页内偏移量为物理地址
• （在rCore的mm目录中有相应的转换计算和映射处理）

第四步，实现进程管理

• 虚拟地址的基础上，
• 任务+内存栈-->进程
• 实现fork，exec，spawn等系统调用
• 调度算法采用优先级调度
• 优先级值越小，步长越大，进程越靠前，越先执行

第五步，实现文件系统

也就是disinode这个结构体索引到具体的数据块

一个块512个字节，可以存放一定数量的索引，被称为索引块，也可以存放数据，被称为数据块

第六步,实现并发(多线程)

也就是将原本的进程中一个个线程单独拎出来，放到列表中执行

这样也就方便对每个线程操控，进行死锁检测

先潦草记一下rCore的大框架，后面有空在细说