rcore-os Blog
0%

2023秋冬OS训练营第二阶段总结-watchpoints

Posted on Edited on In

写在前面

作为上班族，每天下班很晚了，本来没有多余时间，并且之前没有接触过Rust

看到 从零开始用 Rust 语言写一个基于 RISC-V 架构的 类 Unix 内核这样标题

直接打退堂鼓。

转你一想 这就是自己本来期望形式，参与开源方向，操作系统 作为软件工程师 基本功，不管结果如何必须参与。

一阶段总结

  • 选择看什么资料，根据看c++经验，一定选择英文原版 代替看中文翻译，很多翻译遗漏很多信息。我直接选择 rustlings-100exercises README.md

  • 因为时间有限，没有采取全部看完book，然后做题，

    采取看一章节，做题 顺序

    https://github.com/LearningOS/rustlings-100exercises-template/blob/main/exercises/README.md

    rustlings 设计 很合理 提供 README和章节练习。为我节省大量时间

  • 选择在线开发环境

    群里分享了：rustlings流程web版.pdf 然后5分钟搭建好了环境，更适合上班 环境 和家里环境随时切换。

  • 遇到不懂怎么办？

    学习Rust出现新名词 ：借用 让你莫不这头脑，我没有从概念理解 这些概念，

    并按照文字提示 翻译

    用c++设计进行类比：常量指针，指针常量， 类 深度拷贝 移动构造 ，move语义

    拷贝构造，还有STL

小结：

为了节省时间，我采用云环境（5分钟搭建完成）

做题顺序按照README.md 推荐方式 README对我帮助很大

二阶段总结

ch1 & ch2

  • 存在问题：

一个hello，world 例子是怎么运行的,代码从编译到产生可执行程序，然后加载到内存，程序入口是哪里 尤其是linker.ld entry.asm这2个文件。

尤其汇报指令。需要加强。之前看程序自我修养，

还有csapp 感觉看懂到，现在看来根本不懂，用了不少时间。

尤其看到别人满分了，担心着急，我还没真正投入开始呢。

  • 解决方式：

为了方便反复运行程序 我搭建vmare+本地环境。

rcore提供框架，让这些知识变成例子，

最后不依赖系统库运行在起来。这个演示例子非常好。

小结 ：hello，world 例子

  1. 项目中 每个模块都个mod.rs文件 ，这一般是模块提供对提供功能。

  2. 程序入口地址

chapter3 练习

题目要求：

ch3 中，我们的系统已经能够支持多个任务分时轮流运行，我们希望引入一个新的系统调用 sys_task_info 以获取当前任务的信息，定义如下：

1
fn sys_task_info(ti: *mut TaskInfo) -> isize

思路

  1. 从单元测试 ch3_taskinfo.rs 了解到 ，直接创建了task，该task 可能执行很多系统调用系统调用最终都是通过 sys_call 进行，在该函数增加 add_syscall_count。

  2. 数据结构：TaskManagerInner 记录了正在运行的任务 current_task 和任务列表tasks，全局变量 只有一个。

  3. main.rs 函数启动时候 加载任务 并且运行第一任务

    loader::load_apps();

    task::run_first_task();

小结：系统调用

ch1 和ch2 是ch3 基础，下面这段代码 需要后面花费更多时间学习

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
pub fn rust_main() -> ! {
    clear_bss();
    kernel_log_info();
    heap_alloc::init_heap();
    trap::init();
    loader::load_apps();
    trap::enable_timer_interrupt();
    timer::set_next_trigger();
    task::run_first_task();
    panic!("Unreachable in rust_main!");
}

chapter4练习

实验要求

重写 sys_get_time 和 sys_task_info

引入虚存机制后，原来内核的 sys_get_time 和 sys_task_info 函数实现就无效了。请你重写这个函数，恢复其正常功能。

mmap 和 munmap 匿名映射

mmap 在 Linux 中主要用于在内存中映射文件， 本次实验简化它的功能，仅用于申请内存。

请实现 mmap 和 munmap 系统调用，mmap 定义如下：

思路：地址空间

  1. 为什么 重写 sys_get_time 和 sys_task_info ？这从地址空间说起，原文：

    内核如何访问应用的数据？

    应用应该不能直接访问内核的数据，但内核可以访问应用的数据，这是如何做的？由于内核要管理应用，所以它负责构建自身和其他应用的多级页表。如果内核获得了一个应用数据的虚地址，内核就可以通过查询应用的页表来把应用的虚地址转换为物理地址，内核直接访问这个地址

    1
    2
    3
     let info = TaskInfo::new();  //info 这用户空间地址
     assert_eq!(0, task_info(&info));//经过系统调用后，用户空间地址
    //传递到内核空间，用户空间虚拟地址 对内核来说无法直接使用，需要转化

  2. 疑惑地方：我看懂这个数据结构页表项 (PTE, Page Table Entry) 是一个整数）

    里面包含了一个物理页号 + 标志位

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    /// 一个物理页号 PhysPageNum 和一个页表项标志位 PTEFlags 生成一个页表项 
        pub fn new(ppn: PhysPageNum, flags: PTEFlags) -> Self {
            PageTableEntry {
                bits: ppn.0 << 10 | flags.bits as usize,
                // 最低的 8 位 [7:0] 则是标志位。
                //其中 [53:10] 这 44 位是物理页号
                // SV39 分页模式下的页表项，其中 这 位是物理页号，最低的 位 则是标志位
            }
        }

虚拟页号 同样也是整数，虚拟页号 和 物理页号对应起来？

经过群里讨论 和看资料，初步理解 虚拟页号当作索引，页表项是数组内容建立关系，这句话初步帮助理解。不代表真实现。

另外一个结构：PageTable

a 通过虚拟页号找到页表项(里面又物理页号)

1
2
3
4
5
6
/// Find PageTableEntry by VirtPageNum
/// 通过虚拟页号找到页表项(里面又物理页号)
fn find_pte(&self, vpn: VirtPageNum) -> Option<&mut PageTableEntry> 
let idxs = vpn.indexes();
https://rcore-os.cn/rCore-Tutorial-Book-v3/chapter4/4sv39-implementation-2.html
VirtPageNum 的 indexes 可以取出虚拟页号的三级页索引，并按照从高到低的顺序返回

b 函数：translated_byte_buffer 为参考例子实现了

实现来了 从虚拟地址转化成物理地址

3 map 和 unmap 虚拟地址是一个连续内存，其中一个虚拟地址转化成物理地址，

多个虚拟地址转转化思路很清楚了，具体实现：MemorySet 新增map_range函数

这里对map封装

1
2
3
4
5
pub fn map(&mut self, page_table: &mut PageTable) {
        for vpn in self.vpn_range {
            self.map_one(page_table, vpn);
        }
    }

小结

最后通过下面函数封装完成ch4。

  • PageTable find_pte

  • MemorySet map_one unmap_one

    不然无法实现，里面细节不少。

chapter5 练习

实现分支：ch5-lab

实验目录要求不变

通过所有测例

思路

  1. 为什么重新实现 sys_task_info sys_mmap函数？

    • 引入处理器管理结构 Processor 负责从任务管理器 TaskManager 中分出去的维护 CPU 状态的职责

    • 这里注意 语法细节

      1
      2
      3
      4
      5
      6
      7
      8
      ///Get current task in moving semanteme
       pub fn take_current(&mut self) -> Option<Arc<TaskControlBlock>> {
              self.current.take()
       }
      ///Get current task in cloning semanteme
       pub fn current(&self) -> Option<Arc<TaskControlBlock>> {
              self.current.as_ref().map(Arc::clone)
      }

  2. sys_spawn 

1
2
3
//功能：新建子进程，使其执行目标程序。
// "ch5b_user_shell\0"
pub fn sys_spawn(_path: *const u8) -> isize

  • 细节：参考 初始进程initproc的创建 【里面有很多知识点】

    1
    2
    TaskControlBlock::new(get_app_data_by_name("initproc").unwrap())
    https://rcore-os.cn/rCore-Tutorial-Book-v3/chapter5/3implement-process-mechanism.html

  • 细节：参考 fn sys_exec(path: *const u8) 对_path处理 需要地址转化。

  • 细节：父子进程关系设定。 parent: Option<Weak>

    weak指针类型

  1. 进程优先级

    每次需要调度时，从当前 runnable 态的进程中选择 stride 最小的进程调度

    改写fetch函数，修改当前任务的stride 使用take 还是as_ref。

小总:进程

  • 这一章节完全是Rust语法细节 引用，借用 ，weak智能指针（避免循环引用）

  • 例如 “ch5b_user_shell\0” 后面执行过程不很清楚，我更加深入学习load实现。

未完待续