引言 ================================ 本章导读 --------------------------------- **批处理系统** (Batch System) 出现于计算资源匮乏的年代，其核心思想是： 将多个程序打包到一起输入计算机；当一个程序运行结束后，计算机会 *自动* 执行下一个程序。 应用程序难免会出错，如果一个程序的错误导致整个操作系统都无法运行，那就太糟糕了。 *保护* 操作系统不受出错程序破坏的机制被称为 **特权级** (Privilege) 机制， 它实现了用户态和内核态的隔离。 本章在上一章的基础上，让我们的 OS 内核能以批处理的形式一次运行多个应用程序，同时利用特权级机制， 令 OS 不因出错的用户态程序而崩溃。 本章首先为批处理操作系统设计用户程序，再阐述如何将这些应用程序链接到内核中，最后介绍如何利用特权级机制处理 Trap. 实践体验 --------------------------- .. note:: 基于github classroom的开发方式 基于github classroom，可方便建立开发用的git repository，并可基于github的 codespace （在线版ubuntu +vscode）在线开发使用。整个开发环境仅仅需要一个网络浏览器。 1. 在网络浏览器中用自己的 github id 登录 github.com 2. 接收 `第二个实验练习的github classroom在线邀请 `_ ，根据提示一路选择OK即可。 3. 完成第二步后，你的第二个实验练习的 github repository 会被自动建立好，点击此github repository的链接，就可看到你要完成的第一个实验了。 4. 在你的第二个实验练习的网页的中上部可以看到一个醒目的 `code` 绿色按钮，点击后，可以进一步看到 `codespace` 标签和醒目的 `create codesapce on main` 绿色按钮。请点击这个绿色按钮，就可以进入到在线的ubuntu +vscode环境中 5. 再按照下面的环境安装提示在vscode的 `console` 中安装配置开发环境：rustc，qemu等工具。注：也可在vscode的 `console` 中执行 ``make codespaces_setenv`` 来自动安装配置开发环境（执行``sudo``需要root权限，仅需要执行一次）。 6. 在vscode的 `console` 中执行 `make setupclassroom_test2` （该命令仅执行一次）配置githubclassroom 自动评分功能，以后一般就不用执行了，除非 ``.github/workflows/classroom.yml`` 发生了变化。 7. 然后就可以基于在线vscode进行开发、运行、提交等完整的实验过程了。 上述的3，4，5步不是必须的，你也可以线下本地开发。 注：如果是本地的ubuntu中建立开发环境，可在shell中执行 ``make ubuntu_local_setenv`` 来自动安装配置开发环境（执行``sudo``需要root权限，仅需要执行一次）。 本章我们引入了用户程序。 获取本章代码： .. code-block:: console $ git clone ``gitaddr of github-classroom-build-lab0-1`` $ cd ``github-classroom-build-lab0-1`` $ make setupclassroom_test2 //注意：这一步很重要，是用于github classroom自动评测你的工作。这一步只需在首次克隆项目仓库时执行一次，以后一般就不用执行了，除非 .github/workflows/classroom.yml发生了变化。 .. note:: 实验名称 ：实验编号 - lab0-0 : test1 - lab0-1：test2 - lab1：test3 - lab2：test4 - lab3：test5 - lab4：test6 - lab5：test8 在 qemu 模拟器上运行本章代码： .. code-block:: console $ cd os2 $ make run LOG=INFO 批处理系统自动加载并运行了所有的用户程序，尽管某些程序出错了： .. code-block:: [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! [ INFO] [kernel] num_app = 6 [ INFO] [kernel] app_0 [0x8020b040, 0x8020f868) [ INFO] [kernel] app_1 [0x8020f868, 0x80214090) [ INFO] [kernel] app_2 [0x80214090, 0x80218988) [ INFO] [kernel] app_3 [0x80218988, 0x8021d160) [ INFO] [kernel] app_4 [0x8021d160, 0x80221a68) [ INFO] [kernel] app_5 [0x80221a68, 0x80226538) [ INFO] [kernel] Loading app_0 [ERROR] [kernel] PageFault in application, core dumped. [ INFO] [kernel] Loading app_1 [ERROR] [kernel] IllegalInstruction in application, core dumped. [ INFO] [kernel] Loading app_2 [ERROR] [kernel] IllegalInstruction in application, core dumped. [ INFO] [kernel] Loading app_3 [ INFO] [kernel] Application exited with code 1234 [ INFO] [kernel] Loading app_4 Hello, world from user mode program! [ INFO] [kernel] Application exited with code 0 [ INFO] [kernel] Loading app_5 3^10000=5079(MOD 10007) 3^20000=8202(MOD 10007) 3^30000=8824(MOD 10007) 3^40000=5750(MOD 10007) 3^50000=3824(MOD 10007) 3^60000=8516(MOD 10007) 3^70000=2510(MOD 10007) 3^80000=9379(MOD 10007) 3^90000=2621(MOD 10007) 3^100000=2749(MOD 10007) Test power OK! [ INFO] [kernel] Application exited with code 0 Panicked at src/batch.rs:68 All applications completed! 本章代码树 ------------------------------------------------- .. code-block:: ── os2 │   ├── Cargo.toml │   ├── Makefile (修改：构建内核之前先构建应用) │   ├── build.rs (新增：生成 link_app.S 将应用作为一个数据段链接到内核) │   └── src │   ├── batch.rs(新增：实现了一个简单的批处理系统) │   ├── console.rs │   ├── entry.asm │   ├── lang_items.rs │   ├── link_app.S(构建产物，由 os/build.rs 输出) │   ├── linker.ld │   ├── logging.rs │   ├── main.rs(修改：主函数中需要初始化 Trap 处理并加载和执行应用) │   ├── sbi.rs │   ├── sync(新增：包装了RefCell，暂时不用关心) │   │   ├── mod.rs │   │   └── up.rs │   ├── syscall(新增：系统调用子模块 syscall) │   │   ├── fs.rs(包含文件 I/O 相关的 syscall) │   │   ├── mod.rs(提供 syscall 方法根据 syscall ID 进行分发处理) │   │   └── process.rs(包含任务处理相关的 syscall) │   └── trap(新增：Trap 相关子模块 trap) │   ├── context.rs(包含 Trap 上下文 TrapContext) │   ├── mod.rs(包含 Trap 处理入口 trap_handler) │   └── trap.S(包含 Trap 上下文保存与恢复的汇编代码) └── user(新增：应用测例保存在 user 目录下) ├── Cargo.toml ├── Makefile └── src ├── bin(基于用户库 user_lib 开发的应用，每个应用放在一个源文件中) │   ├── ... ├── console.rs ├── lang_items.rs ├── lib.rs(用户库 user_lib) ├── linker.ld(应用的链接脚本) └── syscall.rs(包含 syscall 方法生成实际用于系统调用的汇编指令， 各个具体的 syscall 都是通过 syscall 来实现的) cloc os ------------------------------------------------------------------------------- Language files blank comment code ------------------------------------------------------------------------------- Rust 14 62 21 435 Assembly 3 9 16 106 make 1 12 4 36 TOML 1 2 1 9 ------------------------------------------------------------------------------- SUM: 19 85 42 586 -------------------------------------------------------------------------------