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2024春夏季开源操作系统训练营第二阶段总结报告-郑昱可

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本阶段的收获

经过半月多的赶ddl（，加上老师群友们的无私帮助，我成功的完成了第二阶段的任务。

不仅对Rust的掌握程度更深了，并且对操作系统中很多概念有了实际上的理解。

包括且不限于：

  • 特权态的切换
  • 地址表，页表的管理
  • 进程和线程的区别
  • 执行流切换和恢复
  • 线程调度

同时，这些知识很大程度上帮助我消除了对裸机编程的恐惧。对计算机底层的运行方式有了清楚的认知。

一个尝试-Rust in ch32v003

在前几天结束第二阶段的作业后，我是打算了摸几天鱼，正好看到桌边吃灰的ch32v003单片机。

ch32v003是一块携带了riscv指令集芯片的单片机，我手头上这块，实现了riscv标准中的mai,以及f。
美中不足的是，它只有S态和M态，并没有实现U态。

于是我萌生出想法——为什么不试试将Rust代码运行在这上面呢。

ch32-hal

Rust在嵌入式方面的库，在2024年的今天已经较为完善了。在createio中查找一番后，我看到了ch32-hal，以及与其配套的qingke-rt

ch32-hal将ch32系列的单片机的外设进行了rust封装，使得在代码中能方便的进行调用和更改

如修改SYSTICK的ctlr位，只需要以下代码

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SYSTICK.ctlr().modify(|w| w.set_ste(false));

qingke-rt则包含了运行时相关的内容，可以在main函数前添加#[qingke_rt::entry]，使得该函数称为编译后程序的入口函数

并且qingke-rt也可以通过类似的方法定义中断处理函数。类似的工作，我们在rcore实验中是通过内联汇编手动修改相关寄存器实现的。

代码

以下附上一个点灯代码

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#[qingke_rt::entry]
fn main() -> ! {
    let mut config = hal::Config::default();
    config.rcc = hal::rcc::Config::SYSCLK_FREQ_48MHZ_HSE;
    let p = hal::init(config);

    let mut delay = Delay;

    let mut led = Output::new(p.PC2, Level::Low, Default::default());
    loop {
        led.toggle();

        delay.delay_ms(500);
        let val = hal::pac::SYSTICK.cnt().read();
    }
}

理论和实践

之前在学习体系结构的知识时，书本上只有几张图来描述代码执行流的切换，于我而言并不直观。甚至很长一段时间我是当做文科的内容来学的。

经过了本次实验后，令我印象最深的是__switch函数，通过寄存器内容的切换，便可切换到另一个执行流上。

而执行流，在某一时刻无非是:

  • pc指针的位置
  • 栈指针的位置
  • 若干存储在当前寄存器中的变量

而对执行流，进一步抽象成包含若干线程的进程。

对若干的进程进行管理，并为进程提供服务，就是操作系统。

文件系统

在此之前，我对ntfs之类的文件系统没有一点了解。在这次实验中，了解了一个简单文件系统的实现，并且通过easyfs实现了一些功能。

同时，简单了解到了对于硬件驱动的编写，以及将不同的硬件驱动，抽象成相同的软件内模型。在软件内进行多层抽象，每层抽象负责简单的几件事情。

这样能够方便错误判断，多层抽象的思想我最先从网络原理中了解。easyfs的实现方式，进一步的说明多层抽象在计算机软件编写中，可以称得上是最佳实践了。

进程&线程

不去亲自阅读操作系统源码，是很难对进程和线程有明确的理解的。

甚至很长一段时间，我对进程和线程并没有区分。而在OS内部，进程可以拥有多个线程，线程之间共享内存空间。

对于这点的了解，不仅是系统编程领域，对我普通的软件编程也大有裨益。