实验环境配置 ============ .. toctree:: :hidden: :maxdepth: 4 本节我们将完成环境配置并成功运行 uCore-Tutorial-2024S 。整个流程分为下面几个部分: .. - classroom配置 - 系统环境配置 - Riscv下 C 开发环境配置 - Qemu 模拟器安装 - 其他工具安装 - 运行 uCore-Tutorial-2024S 目前实验仅支持 Ubuntu18.04 + 操作系统。对于 Windows10 和 macOS 上的用户,可以使用 VMware 或 VirtualBox 安装一台 Ubuntu18.04 虚拟机并在上面进行实验。 系统环境配置 ------------------------------- Windows10 的用户可以通过系统内置的 WSL2 虚拟机(请不要使用 WSL1)来安装 Ubuntu 18.04 / 20.04 。 步骤如下: - 升级 Windows 10 到最新版(Windows 10 版本 18917 或以后的内部版本)。注意,如果 不是 Windows 10 专业版,可能需要手动更新,在微软官网上下载。升级之后, 可以在 PowerShell 中输入 ``winver`` 命令来查看内部版本号。 - 「Windows 设置 > 更新和安全 > Windows 预览体验计划」处选择加入 “Dev 开发者模式”。 - 以管理员身份打开 PowerShell 终端并输入以下命令: .. code-block:: bash # 启用 Windows 功能:“适用于 Linux 的 Windows 子系统” >> dism.exe /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux /all /norestart # 启用 Windows 功能:“已安装的虚拟机平台” >> dism.exe /online /enable-feature /featurename:VirtualMachinePlatform /all /norestart # 改为对应从微软应用商店安装的 Linux 版本名,比如:`wsl --set-version Ubuntu 2` # 如果你没有提前从微软应用商店安装任何 Linux 版本,请跳过此步骤 >> wsl --set-version 2 # 设置默认为 WSL 2,如果 Windows 版本不够,这条命令会出错 >> wsl --set-default-version 2 - `下载 Linux 内核安装包 `_ - 在微软商店(Microsoft Store)中搜索并安装 Ubuntu18.04 / 20.04。 C 开发环境配置 ------------------------------------------- 这一大步和下面的Docker安装方式大家可以选用一种。 首先,我们需要安装好RISC-V配套的gcc。首先选择一个位置放置gcc的可执行二进制文件。我们选择一个常用的位置。这个位置也可以大家自己指定。 .. code-block:: bash cd /usr/local 之后直接下载预编译好的Risc-v工具链: .. code-block:: bash sudo wget https://static.dev.sifive.com/dev-tools/freedom-tools/v2020.08/riscv64-unknown-elf-gcc-10.1.0-2020.08.2-x86_64-linux-ubuntu14.tar.gz 解压缩: .. code-block:: bash sudo tar xzf riscv64-unknown-elf-gcc-10.1.0-2020.08.2-x86_64-linux-ubuntu14.tar.gz 文件名改短: .. code-block:: bash sudo mv riscv64-unknown-elf-gcc-10.1.0-2020.08.2-x86_64-linux-ubuntu14 riscv64-unknown-elf-gcc 这里就算安装完成了。接下来我们要把gcc的二进制文件路径添加到PATH之中,这样我们才能在任意目录直接运行它。将以下指令添加到home下的.bashrc之中可以一劳永逸地添加(如果你使用的是自己的路径请更换路径的前缀/usr/local到你自己的路径): .. code-block:: bash export PATH="/usr/local/riscv64-unknown-elf-gcc/bin:$PATH" 接下来,继续安装用于交叉编译的musl-gcc,这里我们仍然使用/usr/local存放它。下面的步骤和上一步的安装是一样的: .. code-block:: bash cd /usr/local # 如果链接失效,可以用官网链接下载并提醒助教更新云盘地址: https://more.musl.cc/10/x86_64-linux-musl/riscv64-linux-musl-cross.tgz # 注意这里是 10.2.1 版本,如果从其他地方下载请务必注意版本号一致 sudo wget -O riscv64-linux-musl-cross.tgz "https://cloud.tsinghua.edu.cn/f/fb3c598e7e214a828e6b/?dl=1" sudo tar xzf riscv64-linux-musl-cross.tgz 将路径添加到PATH之中: .. code-block:: bash export PATH="/usr/local/riscv64-linux-musl-cross/bin:$PATH" 我们的项目使用cmake搭建,因此还需要安装cmake。 .. code-block:: bash sudo apt install cmake 如果是第一次启动虚拟机,需要执行: .. code-block:: bash sudo apt update sudo apt upgrade 至于 C 开发环境,推荐直接使用Vscode作为IDE来进行。可以在其中安装C的插件来使用自动补全和lint。 Docker 环境安装(可选,已完成上述步骤的可以忽略) --------------------------------------------------------------------- 使用配置好的Docker容器可以免于自己安装上面的一系列包,当然会多出配置Docker的工作量。 - 首先安装Docker: https://www.docker.com/get-started - 接着拉取我们的Docker镜像文件: .. code-block:: bash docker pull tclab/ucore-env - 查看下载的镜像文件:docker image ls tclab/ucore-env - 使用下载的镜像文件创建一个名字叫container_name(可自己指定)的容器,并获得容器的bash shell: docker run -it --name container_name image_name /bin/bash - 一些常用的指令: .. code-block:: bash # 检查运行中的容器 docker ps # 检查所有容器(包括停止了的) docker ps -a # 停止 / 启动容器 docker stop/start container_name # 获取一个运行中的docker容器的bash shell: docker exec -it container_name /bin/bash # 删除一个已经停止的容器: docker rm container_name - 之后就是把我们宿主机的文件挂载在docker容器上.在使用 docker run 启动容器时,你可以将目录挂载到容器上,这样就可以从docker容器访问到本地主机的某个文件夹. .. code-block:: bash docker run -it --name container_name --mount type=bind,src=[absolute path of folder in host machine],dst=[absolute path in container] image_name /bin/bas Qemu 模拟器安装 ---------------------------------------- 我们推荐使用 Qemu 7.0.0 版本及以上进行实验,而很多 Linux 发行版的软件包管理器默认软件源中的 Qemu 版本过低,可能无法顺利实验 因此我们需要从源码手动编译安装 Qemu 模拟器。 首先我们安装依赖包,获取 Qemu 源代码并手动编译: .. code-block:: bash # 安装编译所需的依赖包 sudo apt install autoconf automake autotools-dev curl libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev \ gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc ninja-build \ zlib1g-dev libexpat-dev pkg-config libglib2.0-dev libpixman-1-dev git tmux python3 # 下载源码包 # 如果链接失效,可以使用官网链接下载并提醒助教更新云盘地址: https://download.qemu.org/qemu-7.0.0.tar.xz wget -O qemu-7.0.0.tar.xz "https://cloud.tsinghua.edu.cn/f/8ba524dbede24ce79d06/?dl=1" # 解压 tar xJf qemu-7.0.0.tar.xz # 编译安装并配置 RISC-V 支持 cd qemu-7.0.0 ./configure --target-list=riscv64-softmmu,riscv64-linux-user make -j$(nproc) .. note:: 注意,上面的依赖包可能并不完全,比如在 Ubuntu 18.04 上: - 出现 ``ERROR: pkg-config binary 'pkg-config' not found`` 时,可以安装 ``pkg-config`` 包; - 出现 ``ERROR: glib-2.48 gthread-2.0 is required to compile QEMU`` 时,可以安装 ``libglib2.0-dev`` 包; - 出现 ``ERROR: pixman >= 0.21.8 not present`` 时,可以安装 ``libpixman-1-dev`` 包。 另外一些 Linux 发行版编译 Qemu 的依赖包可以从 `这里 `_ 找到。 GCC 11 可能无法正常编译 Qemu7 ,而 GCC 9.3.0 (Ubuntu 20.04 自带) 及 GCC 10.3.0 经测试可以编译,请自行选择合适的编译器版本。 之后我们可以在同目录下 ``sudo make install`` 将 Qemu 安装到 ``/usr/local/bin`` 目录下,但这样经常会引起 冲突。个人来说更习惯的做法是,编辑 ``~/.bashrc`` 文件(如果使用的是默认的 ``bash`` 终端),在文件的末尾加入 几行: .. code-block:: bash # 注意 $HOME 是 Linux 自动设置的表示你家目录的环境变量,你也可以根据实际位置灵活调整 export PATH="$HOME/os-env/qemu-7.0.0/build/:$PATH" export PATH="$HOME/os-env/qemu-7.0.0/build/riscv64-softmmu:$PATH" export PATH="$HOME/os-env/qemu-7.0.0/build/riscv64-linux-user:$PATH" 随后即可在当前终端 ``source ~/.bashrc`` 更新系统路径,或者直接重启一个新的终端。 此时我们可以确认 Qemu 的版本: .. code-block:: bash qemu-system-riscv64 --version qemu-riscv64 --version 注:有同学在 Ubuntu 20.04 上遇到了执行 ``qemu-system-riscv64 --version`` 报错找不到 ``libtinfow.so.6``,可以通过如下软连接修复: .. code-block:: bash sudo ln -s /lib/x86_64-linux-gnu/libtic.so.6.2 /lib/x86_64-linux-gnu/libtinfow.so.6 GDB 调试支持 ------------------------------ 在 ``os`` 目录下 ``make debug`` 可以调试我们的内核,这里需要基于 riscv64 平台的 gdb 调试器 ``riscv64-unknown-elf-gdb`` 。该调试器包含在 riscv64 gcc 工具链中,工具链的预编译版本可以在如下链接处下载: - `Ubuntu 平台 `_ - `macOS 平台 `_ - `Windows 平台 `_ - `CentOS 平台 `_ 解压后在 ``bin`` 目录下即可找到 ``riscv64-unknown-elf-gdb`` 以及另外一些常用工具 ``objcopy/objdump/readelf`` 等。 VSCode 可视化调试支持 ------------------------------ 本节将介绍如何在VSCode可视化环境中进行调试。可以使用使用网页版的Codespace,也可以使用Codespace + 本地VScode(具体方法就是在打开Codespace时,点击Open In Visual Studio Code即可)。 要在Codespace中结合vscode使用GDB进行调试,需要确保Codespace中有GDB、QEMU等相关环境。如果没有环境可以在 main 分支下执行环境配置指令: .. code-block:: bash git checkout main // 切换到 main 分支 make codespaces_setenv // 配置Codespace环境 然后设置“add-auto-load-safe-path”路径,将“add-auto-load-safe-path /workspaces/YOUR_REPO_NAME/.gdbinit”语句添加到/home/codespace/.gdbinit文件中,如果该/root/codespace路径下没有.gdbinit文件,则创建后添加前面的语句。语句中“YOUR_REPO_NAME”则是你对应仓库的名字。 最后启动GDB调试: .. code-block:: bash make debug 之后则可以设置断点进行GDB调试。 在 Qemu 平台上运行 uCore-Tutorial-2024S ------------------------------------------------------------ 到这里,恭喜你完成了实验环境的配置,可以开始阅读教程的正文部分了!可以直接clone下面的仓库来开始OS之旅: .. code-block:: bash git clone https://github.com/LearningOS/uCore-Tutorial-Code-2024S.git cd uCore-Tutorial-Code-2024S 其他的章节需要处理用户代码,我们可以先运行不需要处理用户代码的 ch1 分支: .. code-block:: bash > git checkout ch1 > make run LOG=debug [rustsbi] RustSBI version 0.1.1 .______ __ __ _______.___________. _______..______ __ | _ \ | | | | / | | / || _ \ | | | |_) | | | | | | (----`---| |----`| (----`| |_) || | | / | | | | \ \ | | \ \ | _ < | | | |\ \----.| `--' |.----) | | | .----) | | |_) || | | _| `._____| \______/ |_______/ |__| |_______/ |______/ |__| [rustsbi] Platform: QEMU (Version 0.1.0) [rustsbi] misa: RV64ACDFIMSU [rustsbi] mideleg: 0x222 [rustsbi] medeleg: 0xb1ab [rustsbi-dtb] Hart count: cluster0 with 1 cores [rustsbi] Kernel entry: 0x80200000 hello wrold! [ERROR 0]stext: 0x0000000080200000 [WARN 0]etext: 0x0000000080201000 [INFO 0]sroda: 0x0000000080201000 [DEBUG 0]eroda: 0x0000000080202000 [DEBUG 0]sdata: 0x0000000080202000 [INFO 0]edata: 0x0000000080202000 [WARN 0]sbss : 0x0000000080212000 [ERROR 0]ebss : 0x0000000080212000 [PANIC 0] os/main.c:39: ALL DONE 忽略掉编译输出后,你应该得到如上的输出,这表示 uCore 已经成功运行。 .. note:: 上方的输出是比较早期版本的,我们现在使用的 ``rustsbi-qemu`` 已经更新至最新版(2022-10),与之有些微差异之处。 .. note:: **退出 qemu 的方法** 如果是正常推出,uCore 会自动关闭 qemu,但如果 os 跑飞了,我们不能通过 ``Ctrl + C`` 来推出。此时可以先按下 ``Ctrl+A`` ,再按下 ``X`` 来退出 Qemu。