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2023开源操作系统训练营第三阶段项目一总结报告-dooooling

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2023秋冬季开源操作系统训练营第三阶段总结报告

练习一、二

练习要求

练习 1：
main 函数中，固定设置 app_size = 32，这个显然是不合理甚至危险的。
请为 image 设计一个头结构，包含应用的长度信息，loader 在加载应用时获取它的实际大小。
执行通过。
练习 2：
在练习 1 的基础上，扩展 image 头结构，让 image 可以包含两个应用。
第二个应用包含唯一的汇编代码是 ebreak 。
如实验 1 的方式，打印出每一个应用的二进制代码。

实现过程

根据练习一、二的要求设计 image 结构如下图所示。

Alt text

image 文件中的首 0-7 的字节用于存放 ‘app 数量’，用以告诉加载器整个 image 中包含有多少个 app。后续的内容以 ‘app 数量’ 个的 app 结构块组成，每个 app 结构块 的首个 32 字节存放当前 app 的块数量，第二个 32 字节存放不满足块大小的 ‘余量’。
‘app 块大小’ 默认定义为 1024 ，即一个块大小为 1024 字节。app 的 ‘块数量’ 则为 ‘app 二进制文件大小除以 app 块大小’。’余量’定义为不满足一个块大小的剩余长度，表示为 ‘app 二进制文件大小除以 app 块大小的余数’。
跟据上述的定义，将 app 二进制文件修改为以 ‘.app’ 后缀结尾的文件，依托于 rust 的构建脚本 build.rs 查找指定目录下的 app 文件，生成上述格式的 image 文件，同时使用 dd 命令完成文件合并，需要保证 * pflash 文件必须为 32MB 大小*。
后续在 loader 中完成对 image 的解析，并在 app 需要执行时将 app 字节码内容拷贝到指定地址后，跳转到相应地址执行 app 内容。 app 结构定义 如下：

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struct App<'a> {
    size: u32,	    size: usize,
    code: &'a [u8],	    code: &'a [u8],
}

练习三

练习要求

练习 3：
批处理方式执行两个单行代码应用，第一个应用的单行代码是 nop，第二个的是 wfi。

实现过程

根据上一节的练习添加第二个应用，在第一个应用执行完成后并没有返回到 loader 执行下一个下一个应用，根据调试分析，在第一个应用中并没有返回到 loader 的相关代码，需要添加添加相关代码才能返回到 loader 执行下一个 app。在每个 app 的代码中添加 ‘ret’ 指令，并删除 ‘options(noreturn)’ 以及函数的 ‘永不返回’ 标识 ‘!’，以完成在 app 执行结束后跳转回 loader。同时在构建 image 的时候需要注意 app 的顺序。

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#![no_std]
#![no_main]

use core::panic::PanicInfo;

#[no_mangle]
unsafe extern "C" fn _start() {
    core::arch::asm!(
        "
        nop
        ret
        "
    )
}

#[panic_handler]
fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! {
    loop {}
}

练习四

练习要求

练习 4：
本实验已经实现了1 号调用 - SYS_HELLO，2 号调用 - SYS_PUTCHAR，请实现 3 号调用 - SYS_TERMINATE 功能调用，作用是让 ArceOS 退出，相当于 OS 关机。

实现过程

仿照 SYS_PUTCHAR 的实现，调用 axhstd 提供的 exit 函数完成相关功能个即可。

练习五

练习要求

练习 5：
按照如下要求改造应用 hello_app：

1.把三个功能调用的汇编实现封装为函数，以普通函数方式调用。例如，SYS_PUTCHAR 封装为 fn putchar(c: char)。
2.基于打印字符函数 putchar 实现一个高级函数 fn puts(s: &str)，可以支持输出字符串。
3.应用 hello_app 的执行顺序是：Hello 功能、打印字符串功能、退出功能。

实现过程

根据实验文档，ABI_TABLE 的基地址保存在 a7 寄存器中，在进入 app 时将 a7 寄存器的内容保。同时将 ABI 函数的调用逻辑封装为函数 ‘abi_call’，需要注意使用 ‘clobber_abi(“C”)’ 完成对寄存器的保存，同时指定 app 的 链接文件，以指定字符串存放位置。

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/// abi 调用函数
unsafe fn abi_call(addr: usize, abi_num: usize, arg0: usize) {
    core::arch::asm!("
        mv      a7, {abi_addr}
        mv      t0, {abi_num}
        slli    t0, t0, 3
        add     t1, a7, t0
        ld      t1, (t1)
        jalr    t1",
    abi_addr = in(reg) addr,
    abi_num = in(reg) abi_num,
    in("a0") arg0,
    clobber_abi("C")
    )
}

练习六

练习要求

练习 6：
1.仿照 hello_app 再实现一个应用，唯一功能是打印字符 ‘D’
2.现在有两个应用，让它们分别有自己的地址空间。
3.让 loader 顺序加载、执行这两个应用。这里有个问题，第一个应用打印后，不能进行无限循环之类的阻塞，想办法让控制权回到 loader，再由 loader 执行下一个应用。

实现过程

在练习五的基础上，仿照 ‘hell_app’ 实现另一个 app，同时需要避免 app 中的 ‘wif’ 和无限循环等阻塞操作，避免不能返回 ‘loader’ 执行下一个 app。

总结

本次实验和练习加深了我对操作系统的理解，同时也学习了组件化操作系统 unikernel 的相关知识、对 qemu 的使用更加熟练的同时也学习了 pflash 相关的知识。对 rust 的嵌入式汇编及相关知识的掌握更加深入。同时也感谢各位老师的对本次课程的知识讲解，也感谢各位同学在群里提出的的问题以及解决方案。