引言

本章导读

本章的目标是实现分时多任务系统,它能并发地执行多个用户程序,并调度这些程序。为此需要实现

  • 一次性加载所有用户程序,减少任务切换开销;

  • 支持任务切换机制,保存切换前后程序上下文;

  • 支持程序主动放弃处理器,实现 yield 系统调用;

  • 以时间片轮转算法调度用户程序,实现资源的时分复用。

实践体验

$ git clone https://github.com/LearningOS/rCore-Camp-Code-2024A.git
$ cd rCore-Camp-Code-2024A
$ git checkout ch3
$ git clone https://github.com/LearningOS/rCore-Tutorial-Test-2024A.git user

在 qemu 模拟器上运行本章代码:

$ cd os
$ make run

运行代码,看到用户程序交替输出信息:

[rustsbi] RustSBI version 0.2.0-alpha.4
.______       __    __      _______.___________.  _______..______   __
|   _  \     |  |  |  |    /       |           | /       ||   _  \ |  |
|  |_)  |    |  |  |  |   |   (----`---|  |----`|   (----`|  |_)  ||  |
|      /     |  |  |  |    \   \       |  |      \   \    |   _  < |  |
|  |\  \----.|  `--'  |.----)   |      |  |  .----)   |   |  |_)  ||  |
| _| `._____| \______/ |_______/       |__|  |_______/    |______/ |__|

[rustsbi] Implementation: RustSBI-QEMU Version 0.0.1
[rustsbi-dtb] Hart count: cluster0 with 1 cores
[rustsbi] misa: RV64ACDFIMSU
[rustsbi] mideleg: ssoft, stimer, sext (0x222)
[rustsbi] medeleg: ima, ia, bkpt, la, sa, uecall, ipage, lpage, spage (0xb1ab)
[rustsbi] pmp0: 0x80000000 ..= 0x800fffff (rwx)
[rustsbi] pmp1: 0x80000000 ..= 0x807fffff (rwx)
[rustsbi] pmp2: 0x0 ..= 0xffffffffffffff (---)
[rustsbi] enter supervisor 0x80200000
[kernel] Hello, world!
power_3 [10000/200000]
power_3 [20000/200000]
power_3 [30000/200000]
power_3 [40000/200000]
power_3 [50000/200000]
power_3 [60000/200000]
power_3 [70000/200000]
power_3 [80000/200000]
power_3 [90000/200000]
power_3 [100000/200000]
power_3 [110000/200000]
power_3 [120000/200000]
power_3 [130000/200000]
power_3 [140000/200000]
power_3 [150000/200000]
power_3 [160000/200000]
power_3 [170000/200000]
power_3 [180000/200000]
power_3 [190000/200000]
power_3 [200000/200000]
3^200000 = 871008973(MOD 998244353)
Test power_3 OK!
power_5 [10000/140000]
power_5 [20000/140000]
power_5 [30000/140000]
power_5 [40000/140000]
power_5 [50000/140000]
power_5 [60000/140000]
power_7 [10000/160000]
power_7 [20000/160000]
power_7 [30000/160000]
power_7 [40000/160000]
power_7 [50000/160000]
power_7 [60000/160000]
power_7 [70000/160000]
power_7 [80000/160000]
power_7 [90000/160000]
power_7 [100000/160000]
power_7 [110000/160000]
power_7 [120000/160000]
power_7 [130000/160000]
power_7 [140000/160000]
power_7 [150000/160000]
power_7 [160000/160000]
7^160000 = 667897727(MOD 998244353)
Test power_7 OK!
get_time OK! 42
current time_msec = 42
AAAAAAAAAA [1/5]
BBBBBBBBBB [1/5]
CCCCCCCCCC [1/5]
power_5 [70000/140000]
AAAAAAAAAA [2/5]
BBBBBBBBBB [2/5]
CCCCCCCCCC [2/5]
power_5 [80000/140000]
power_5 [90000/140000]
power_5 [100000/140000]
power_5 [110000/140000]
power_5 [120000/140000]
power_5 [130000/140000]
power_5 [140000/140000]
5^140000 = 386471875(MOD 998244353)
Test power_5 OK!
AAAAAAAAAA [3/5]
BBBBBBBBBB [3/5]
CCCCCCCCCC [3/5]
AAAAAAAAAA [4/5]
BBBBBBBBBB [4/5]
CCCCCCCCCC [4/5]
AAAAAAAAAA [5/5]
BBBBBBBBBB [5/5]
CCCCCCCCCC [5/5]
Test write A OK!
Test write B OK!
Test write C OK!
time_msec = 143 after sleeping 100 ticks, delta = 101ms!
Test sleep1 passed!
Test sleep OK!
Panicked at src/task/mod.rs:98 All applications completed!

本章代码树

── os
   ├── build.rs
   ├── Cargo.toml
   ├── Makefile
   └── src
       ├── batch.rs(移除:功能分别拆分到 loader 和 task 两个子模块)
       ├── config.rs(新增:保存内核的一些配置)
       ├── console.rs
       ├── logging.rs
       ├── sync
       ├── entry.asm
       ├── lang_items.rs
       ├── link_app.S
       ├── linker.ld
       ├── loader.rs(新增:将应用加载到内存并进行管理)
       ├── main.rs(修改:主函数进行了修改)
       ├── sbi.rs(修改:引入新的 sbi call set_timer)
       ├── syscall(修改:新增若干 syscall)
       │   ├── fs.rs
       │   ├── mod.rs
       │   └── process.rs
       ├── task(新增:task 子模块,主要负责任务管理)
       │   ├── context.rs(引入 Task 上下文 TaskContext)
       │   ├── mod.rs(全局任务管理器和提供给其他模块的接口)
       │   ├── switch.rs(将任务切换的汇编代码解释为 Rust 接口 __switch)
       │   ├── switch.S(任务切换的汇编代码)
       │   └── task.rs(任务控制块 TaskControlBlock 和任务状态 TaskStatus 的定义)
       ├── timer.rs(新增:计时器相关)
       └── trap
           ├── context.rs
           ├── mod.rs(修改:时钟中断相应处理)
           └── trap.S

cloc os
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Language                     files          blank        comment           code
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Rust                            21             87             20            627
Assembly                         4             12             22            144
make                             1             11              4             36
TOML                             1              2              1             10
-------------------------------------------------------------------------------
SUM:                            27            112             47            817
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