rCore2025-spring第一二阶段总结-jizhaoqin

rCore 2025 spring blog

第一阶段-Rust编程

• 这一阶段主要就是了解学习Rust的语法和特性, 以及完成所有的rustlings题目, 以及实现一些基础的数据结构和算法, 为之后的项目内容做准备.
• 我对rust的语法已经比较熟悉了, 其实rustlings之前也做过一遍, 所以很快, 但数据结构和算法的rust实现有点忘了, 这部分花了点时间

第二阶段-OS设计实现

• 这一阶段花了挺多时间, 因为一个完整的os内核内容和代码真的很多
• chapter1 应用程序与基本执行环境
  • 这一届内容比较少, 主要是关于如何实现一个最小内核, 以及RustSBI使用的一些问题
• chapter2 批处理系统:
  • 由于我以前没有接触过risc-v指令集和汇编语言, 所以在理解汇编指令, 链接脚本, 还有特权级的切换方面花了很多时间, 最后也是能够理解实验里给的代码都有什么作用
  • 另外, 我找了内容更多的v3版文档阅读前两章, 发现内容确实很详细, 但不适合做实验, 因为对我来说是在是太多了, 当个参考书挺好, 遇到camp文档疑惑的地方去查以下非常有用, 因为逻辑是一样的, 但是跟着v3文档一步一步写代码实在是很痛苦, 主要是进度太慢了, 没有反馈动力不足继续做下去了.
  • 所以后来我就主要看camp文档了, 而且不再一步一步跟着自己实现, 主要是在每一章的练习部分, 在实现的过程中再去仔细理解每一个模块的作用, 这样会好很多对我来说, 理解地也很快.
• chapter3 多道程序与分时多任务
  • 这一章实现了简单的抢占式任务调度, 主要内容是程序上文的保存和切换
• chapter4 地址空间:
  • 这一章内存虚拟化是非常重要的内容, 之后内核态和用户态就会在内存映射上隔离, 区分更明显了, 同时对上下文切换的汇编代码进行了一些补充修改
  • 这一章对多级页表的介绍其实不详细, 但是我以前实现过x86架构上一个简单的4级页表, 以及动态内存分配器, 所以整体理解没有问题, 但是需要了解更多关于SV39多级页表的一些细节
• chapter5 进程及进程管理:
  • 介绍了进程的抽象的实现, 在这个实验里相对于内存虚拟化来说并不难理解
  • 通过进程实现经典的sys_fork()和sys_exec()系统调用
  • 而且从这一张开始有了一个简单的shell了
• chapter6 文件系统与I/O重定向:
  • os的又一大关键功能, 提供文件抽象和接口
  • 这一章是目前为止最费劲的一章, 因为抽象层数太多了, 实现系统调用的时候非常容易搞乱, 而且到这里代码已经很多了, 层数也很深, 花了非常多的时间去理解调用的每一层都干了什么事, 但一些没有直接用到的API没有多看. 好在最后实现完成后, 本地测试一遍就通过了, 还是挺好的.
• chapter7 进程间通信:
  • 主要实现进程间管道通信, 这里基于文件抽象来实现
  • 在shell里还实现了重定向符号>, <
• chapter8
  • 简单的笔记:
    • 线程的用户态栈：确保在用户态的线程能正常执行函数调用；
    • 线程的内核态栈：确保线程陷入内核后能正常执行函数调用；
    • 线程的跳板页：确保线程能正确的进行用户态<–>内核态切换；
    • 线程上下文：即线程用到的寄存器信息，用于线程切换。
  • 线程抽象, 并发的要求, 锁的实现, (一般)信号量与实现, 条件变量
  • 这一节还好, 对锁还算比较了解, 然后互斥锁是2元信号量, 也比较好理解, 就是条件变量不熟悉, 因为结尾的练习似乎不太需要, 对这一部分也没有改动.

第三阶段-组件化操作系统

• [print_with_color]:
  • 可以使用ANSI转义序列, 修改终端输出的颜色
  • 可以在用户层println!, axstd的输出宏定义处, 或者axhal处修改putchar, 影响的范围也不同
• [support_hashmap]:
  • 语言提供的alloccrate里中提供了一些常用的集合类型比如Vec和BTreeMap, 禁用标准库时只需要提供全局动态分配器就可以使用, 在Acreos里打开allocfeature就行
  • 但是HashMap除了分配器还需要提供随机数生成器, 所以不在alloccrate里需要自己实现.
• [alt_alloc]:
  • 实现一个简单的分配器BumpAllocator
• [ramfs_rename]:
  • 文件系统相关的实现和API
  • 对于rename来说, 其实就是在目录文件的数据块里删除一个条目, 同时新增一个条目, 但都指向相同的索引节点, 理论上也可以直接修改条目中的文件名, 但更复杂需要做出大量修改(因为现有条目储存用的是BTreeMap把文件名作为key不支持修改), 会引入额外的逻辑开销而且不会提升性能, 所以使用现有的删除和新增功能就好了
• [sys_mmap]:
  • 同rCore里sys_mmap的实现类似
• [simple_hv]:
  • hypervisor虚拟化相关的内容