2025年春夏开源操作系统训练营前三阶段总结-moot

序言

过去一个月，由于我对 ArceOS 的架构理解较少，为了快速掌握 ArceOS 的架构，Unikernel 和 宏内核，我的主要目标改进 oscamp，为其完善对 x86_64 的支持。同时还做了对内核组件 x86_rtc 说明文档和测试的完善。
最直接的收获有两点：

• Unikernel 思想 —— “用户态就是内核的一部分” 的最小可信边界，让我重新审视传统多进程操作系统里“内核/用户”硬隔离的成本。
• 宏内核工程学 —— 模块划分、内核线程、系统调用网关、设备驱动归一化，这些都在 Starry/ArceOS 的设计里有了“先行者版本”。

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工作记录

第一周

为了快速掌握 ArceOS 的架构，Unikernel 和 宏内核，我选择了改进 oscamp，为其完善对 x86_64 的支持这一项工作。并开始了对 x86_64 的学习。

第二、三周

主要是做代码工作，以下是一些总结
RISC‑V 是通过 scause + stval；x86‑64 要区分 Exception Class（#PF/#UD）与 IRQ Vector，且栈布局不一样。
对 x86_64 的支持这一项工作需要完成以下的功能实现：

1. 改进 context.rs，保存相关的寄存器，并完善 context_switch 和 enter_uspace。
   • 保存/恢复的寄存器集对齐 SysV x86‑64 调用约定：RBX RBP R12‑R15 + CR3 + RFLAGS；FPU/AVX 延后到 lazy fp 任务。
   • context_switch(old, new) = 保存旧任务栈顶 → 恢复新任务栈顶 → iretq；为支持 SMP，加了 core::arch::asm!("swapgs") 保证每 CPU 的 GS 基址切换。
   • 进入用户态 (enter_uspace)：手动构造 iretq 帧：SS|RSP|RFLAGS|CS|RIP，再写 CR3 = user_pml4; 关中断→加载帧→开中断→ iretq。
2. 改进 trap.S
   • IDT 256 项：0x20 时钟、0x80 软中断、0x0E #PF……全部指向统一的 trap_entry；硬中断通过 APIC 自动切到 IST[0] emergency stack 防止内核栈溢出。
   • trap.rs 根据向量号派发到 handle_page_fault / handle_irq / handle_syscall。
3. 改进 syscall.rs 和 syscall.S
   • 选 SYSCALL/SYSRET 而非 INT 0x80；入口先 swapgs 用 GS 保存/恢复用户栈。
   • 按 SysV ABI RAX=nr，RDI RSI RDX R10 R8 R9 传六参 —— 在汇编里把寄存器序列化到栈，统一传给 x86_syscall_handler()。
   • 退出路径：恢复通用寄存器 → swapgs → sysretq

第四周

对内核组件 x86_rtc 说明文档和测试的完善。
repo

未来展望

• Transparent HugePages：复用前期完成的巨页 API，引入 khugepaged 合并线程。
• vDSO：把高频 clock_gettime 胶水放到用户态，加速 Sys‑API。

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