引言

本章导读

大多数程序员的职业生涯都从 Hello, world! 开始。

printf("Hello world!\n");
cout << "Hello world!\n";
print("Hello world!")
System.out.println("Hello world!");
echo "Hello world!"
println!("Hello world!");

然而，要用几行代码向世界问好，并不像表面上那么简单。 Hello, world! 程序能够编译运行，靠的是以 编译器 为主的开发环境和以 操作系统 为主的执行环境。

在本章中，我们将抽丝剥茧，一步步让 Hello, world! 程序脱离其依赖的执行环境， 编写一个能打印 Hello, world! 的 OS。这趟旅途将让我们对应用程序及其执行环境有更深入的理解。

注意

实验指导书存在的目的是帮助读者理解框架代码。

为便于测试，完成编程实验时，请以框架代码为基础，不必跟着文档从零开始编写内核。

为了做到这一步，首先需要让程序不依赖于标准库， 并通过编译。

接下来要让脱离了标准库的程序能输出（即支持 println!)，这对程序的开发和调试至关重要。 我们先在用户态下实现该功能，在 此处 获取相关代码。

最后把程序移植到内核态，构建在裸机上支持输出的最小运行时环境。

实践体验

注解

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 第一个实验练习 setup-env-run-os1 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，你的第一个实验练习 setup-env-run-os1 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. 在你的第一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_test1 （该命令仅执行一次）配置githubclassroom 自动评分功能。

  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）。

本章一步步实现了支持打印字符串的简单操作系统。

获取本章代码：

$ git clone ``gitaddr of github-classroom-build-lab0-0``
$ cd ``github-classroom-build-lab0-0``
$ make setupclassroom_test1  //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。

注解

实验名称 ：实验编号

  • lab0-0 : test1

  • lab0-1：test2

  • lab1：test3

  • lab2：test4

  • lab3：test5

  • lab4：test6

  • lab5：test8

运行本章代码，并设置日志级别为 TRACE：

$ cd os1
$ make run LOG=TRACE

预期输出：

../_images/color-demo.png

除了 Hello, world! 之外还有一些额外的信息，最后关机。

本章代码树

├── bootloader (内核依赖的运行在 M 特权级的 SBI 实现，本项目中我们使用 RustSBI)
│   └── rustsbi-qemu.bin
├── os
│   ├── Cargo.toml (cargo 项目配置文件)
│   ├── Makefile
│   └── src
│       ├── console.rs (将打印字符的 SBI 接口进一步封装实现更加强大的格式化输出)
│       ├── entry.asm (设置内核执行环境的的一段汇编代码)
│       ├── lang_items.rs (需要我们提供给 Rust 编译器的一些语义项，目前包含内核 panic 时的处理逻辑)
│       ├── linker.ld (控制内核内存布局的链接脚本以使内核运行在 qemu 虚拟机上)
│       ├── logging.rs (为本项目实现了日志功能)
│       ├── main.rs (内核主函数)
│       └── sbi.rs (封装底层 SBI 实现提供的 SBI 接口)
└── rust-toolchain (整个项目的工具链版本)

cloc os
-------------------------------------------------------------------------------
Language                     files          blank        comment           code
-------------------------------------------------------------------------------
Rust                             5             25              6            155
make                             1             11              4             34
Assembly                         1              1              0             11
TOML                             1              2              1              7
-------------------------------------------------------------------------------
SUM:                             8             39             11            207
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