宏内核

到宏内核的特点就是:

syscall
app和kernel分离
1. 特权级分离
2. 独立空间
3. 可以加载应用

用户空间降级方式:伪造返回现场到新任务, sret
过程:

初始化用户栈
创建新任务
让出CPU

几个重要的点

1. 任务扩展属性

将调度属性和资源属性分离,从而复用调度组件

2. 系统调用

用的是linkme这个库
linkme 是一个 Rust 的库，主要用于在编译期将数据链接到程序的特定部分（如全局变量），从而实现类似插件或模块化的功能。它可以动态扩展程序的功能，而无需显式修改原始代码。以下是对 linkme 的详细介绍，包括其用法和原理。

核心功能

linkme 提供了一种机制，使多个 Rust 模块中的静态变量可以被聚合到一个全局列表中。常见的使用场景包括：

插件系统：收集并注册动态功能。
初始化系统：在程序启动时执行一系列初始化函数。
静态配置集合：在不同的模块中定义配置项，并将它们汇总到一个位置。
使用方法
1. 添加依赖
在 Cargo.toml 中添加：
1
`[dependencies] linkme = "0.3"`
2. 定义集合

使用 #[linkme::distributed_slice] 定义一个全局的切片，用于收集静态变量。例如：

1
2
3

use linkme::distributed_slice;  
#[distributed_slice] 
pub static MY_SLICE: [fn()] = [..];`

这里，MY_SLICE 是一个切片，它的类型是 fn()，表示可以存放多个函数指针。

3. 添加元素

在其他模块中，使用 #[distributed_slice] 将元素插入到切片中：

use linkme::distributed_slice;

#[distributed_slice(MY_SLICE)]
static FIRST_FUNCTION: fn() = || println!("First function");

#[distributed_slice(MY_SLICE)]
static SECOND_FUNCTION: fn() = || println!("Second function");

4. 使用切片

在程序中，你可以遍历切片的所有元素，并执行对应逻辑：

fn main() {
    for func in MY_SLICE {
        func();
    }
}

得到

1 2	First function Second function

原理解析

linkme 的实现基于 Rust 的链接器特性和目标平台的支持。以下是其工作原理：

分布式切片的定义：
- #[distributed_slice] 宏定义了一个全局符号，分配了一段内存区域，专门用于存储相关的元素。
分段存储：
- 每次使用 #[distributed_slice] 添加元素时，linkme 会将这些元素放置到编译产物的特定段（section）中。
链接器聚合：
- 链接器在链接阶段会将所有模块中定义的元素合并到一个段中，使得这些元素在运行时可以统一访问。

课后题

注册 PAGE_FAULT
完善注册函数
1. 获得当前的task
2. 得到aspace
3. 调用其handle_page_fault方法填充

第二节

内存管理方式:

其他的和rcore很像,最后会在backend中处理映射

alloc(支持lazy)
linear (连续映射)

lazy映射:先map出虚拟地址但是没有关联物理地址,在page fault后在处理函数中多次嵌套调用handle,最后在aspace中完成关联

课后题

mmap的实现和page fault的处理很像,

找到一个free的va(最开始这里卡了很久)
读取文件内容,填充到buffer
map alloc出一个页
用buffer填充这个页

hypervisor

第一节

hypervisor和虚拟机的区别是:支撑其物理运行的体系结构和其虚拟运行的环境是否一样(同构). 所以hypervisor比虚拟机更加高效.

我的理解,hypervisor也是一种类似于OS软件,如果是U的指令可以直接执行,如果需要特权级就在hypervisor中捕获处理.
hypervisor的扩展指令也是为了加速这个过程

资源管理:

vcpu(直接绑定到一个CPU)
vmem(提供自己的页表转换)
vdevice(virtual io/ 直接映射 / 模拟)
vutilities(中断/总线..)

练习题

panic将系统shut,所以需要去掉panic改成(ax_println!),然后将sepc+4跳转到下一个指令,再设置一下a0,a1的值就可以了

第二节

主要学习了两段映射

Guest缺页,guset os向hypervisor查找
hypervisor也缺页,向实际物理机申请

第二的部分有两个模式

透传
模拟

透传:直接把宿主物理机(即qemu)的pflash透传给虚拟机。(快捆绑设备)
模拟:模拟一个pflash,当读取的时候传递(慢不依赖硬件)

切换

具体的汇编:

练习题

将pflash.img写入img的/sbin/下后,在 h_2_0/src/main.rc 中将其read出来,然后将第一页的内容填充到buf中,aspace.write进去就可

第三节课

实验课正在做

虚拟时钟

总的思路是:通过关键的寄存器hvip中的VSTIP(时钟中断)来向hypervisor响应虚拟机的设置时钟中断,然后当时钟中断来的时候退出vm,并重新设置时钟中断hvip,回到vm处理.

宏内核的支持

主要是flash这种设备的处理,这个在前一个的实验中已经解决了.

虚拟设备管理:通过mmio,注册device的地址,当发生page fault的时候判断一下,如果是在mem中则正常处理,如果是在device则去对应的设备处理.

rcore-os Blog

李彦泽-阶段三blog

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