应用程序执行环境与平台支持 ================================================ .. toctree:: :hidden: :maxdepth: 5 执行应用程序 ------------------------------- 我们先从最简单的 Rust ``Hello, world`` 程序开始,用 Cargo 工具创建 Rust 项目。 .. code-block:: console $ cargo new os 此时,项目的文件结构如下: .. code-block:: console $ tree os os ├── Cargo.toml └── src └── main.rs 1 directory, 2 files 其中 ``Cargo.toml`` 中保存了项目的库依赖、作者信息等。 cargo 为我们准备好了 ``Hello world!`` 源代码: .. code-block:: rust :linenos: :caption: 最简单的 Rust 应用 fn main() { println!("Hello, world!"); } 输入 ``cargo run`` 构建并运行项目: .. code-block:: console Compiling os v0.1.0 (/home/shinbokuow/workspace/v3/rCore-Tutorial-v3/os) Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 1.15s Running `target/debug/os` Hello, world! 我们在屏幕上看到了一行 ``Hello, world!`` ,但为了打印出 ``Hello, world!``,我们需要的不止几行源代码。 理解应用程序执行环境 ------------------------------- 在现代通用操作系统(如 Linux)上运行应用程序,需要多层次的执行环境栈支持: .. figure:: app-software-stack.png :align: center 应用程序执行环境栈:图中的白色块自上而下表示各级执行环境,黑色块则表示相邻两层执行环境之间的接口。 下层作为上层的执行环境,支持上层代码运行。 我们的应用程序通过调用标准库或第三方库提供的接口,仅需少量源代码就能完成复杂的功能; ``Hello, world!`` 程序调用的 ``println!`` 宏就是由 Rust 标准库 std 和 GNU Libc 等提供的。 这些库属于应用程序的 **执行环境** (Execution Environment),而它们的实现又依赖于操作系统提供的系统调用。 平台与目标三元组 --------------------------------------- 编译器在编译、链接得到可执行文件时需要知道,程序要在哪个 **平台** (Platform) 上运行, **目标三元组** (Target Triplet) 描述了目标平台的 CPU 指令集、操作系统类型和标准运行时库。 我们研究一下现在 ``Hello, world!`` 程序的目标三元组是什么: .. code-block:: console $ rustc --version --verbose rustc 1.61.0-nightly (68369a041 2022-02-22) binary: rustc commit-hash: 68369a041cea809a87e5bd80701da90e0e0a4799 commit-date: 2022-02-22 host: x86_64-unknown-linux-gnu release: 1.61.0-nightly LLVM version: 14.0.0 其中 host 一项表明默认目标平台是 ``x86_64-unknown-linux-gnu``, CPU 架构是 x86_64,CPU 厂商是 unknown,操作系统是 linux,运行时库是 gnu libc。 接下来,我们希望把 ``Hello, world!`` 移植到 RICV 目标平台 ``riscv64gc-unknown-none-elf`` 上运行。 .. note:: ``riscv64gc-unknown-none-elf`` 的 CPU 架构是 riscv64gc,厂商是 unknown,操作系统是 none, elf 表示没有标准的运行时库。没有任何系统调用的封装支持,但可以生成 ELF 格式的执行程序。 我们不选择有 linux-gnu 支持的 ``riscv64gc-unknown-linux-gnu``,是因为我们的目标是开发操作系统内核,而非在 linux 系统上运行的应用程序。 修改目标平台 ---------------------------------- 将程序的目标平台换成 ``riscv64gc-unknown-none-elf``,试试看会发生什么: .. code-block:: console $ cargo run --target riscv64gc-unknown-none-elf Compiling os v0.1.0 (/home/shinbokuow/workspace/v3/rCore-Tutorial-v3/os) error[E0463]: can't find crate for `std` | = note: the `riscv64gc-unknown-none-elf` target may not be installed 报错的原因是目标平台上确实没有 Rust 标准库 std,也不存在任何受 OS 支持的系统调用。 这样的平台被我们称为 **裸机平台** (bare-metal)。 幸运的是,除了 std 之外,Rust 还有一个不需要任何操作系统支持的核心库 core, 它包含了 Rust 语言相当一部分核心机制,可以满足本门课程的需求。 有很多第三方库也不依赖标准库 std,而仅仅依赖核心库 core。 为了以裸机平台为目标编译程序,我们要将对标准库 std 的引用换成核心库 core。