From d0d4dc096bf4c37fdd9782eadc30b7ebe7ba47da Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: caozhanhao Date: Sun, 1 Dec 2024 22:56:57 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?2024-=E7=A7=8B=E5=86=AC=E5=AD=A3=E5=BC=80?= =?UTF-8?q?=E6=BA=90=E6=93=8D=E4=BD=9C=E7=B3=BB=E7=BB=9F=E8=AE=AD=E7=BB=83?= =?UTF-8?q?=E8=90=A5=E7=AC=AC=E4=B8=89=E9=98=B6=E6=AE=B5=E6=80=BB=E7=BB=93?= =?UTF-8?q?-=E6=9B=B9=E5=B1=95=E8=B1=AA?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- ...3-\346\233\271\345\261\225\350\261\252.md" | 119 ++++++++++++++++++ 1 file changed, 119 insertions(+) create mode 100644 "source/_posts/2024-\347\247\213\345\206\254\345\255\243\345\274\200\346\272\220\346\223\215\344\275\234\347\263\273\347\273\237\350\256\255\347\273\203\350\220\245\347\254\254\344\270\211\351\230\266\346\256\265\346\200\273\347\273\223-\346\233\271\345\261\225\350\261\252.md" diff --git "a/source/_posts/2024-\347\247\213\345\206\254\345\255\243\345\274\200\346\272\220\346\223\215\344\275\234\347\263\273\347\273\237\350\256\255\347\273\203\350\220\245\347\254\254\344\270\211\351\230\266\346\256\265\346\200\273\347\273\223-\346\233\271\345\261\225\350\261\252.md" "b/source/_posts/2024-\347\247\213\345\206\254\345\255\243\345\274\200\346\272\220\346\223\215\344\275\234\347\263\273\347\273\237\350\256\255\347\273\203\350\220\245\347\254\254\344\270\211\351\230\266\346\256\265\346\200\273\347\273\223-\346\233\271\345\261\225\350\261\252.md" new file mode 100644 index 0000000000..a7cfcbe383 --- /dev/null +++ "b/source/_posts/2024-\347\247\213\345\206\254\345\255\243\345\274\200\346\272\220\346\223\215\344\275\234\347\263\273\347\273\237\350\256\255\347\273\203\350\220\245\347\254\254\344\270\211\351\230\266\346\256\265\346\200\273\347\273\223-\346\233\271\345\261\225\350\261\252.md" @@ -0,0 +1,119 @@ +--- +title: 2024 秋冬季开源操作系统训练营第三阶段总结-曹展豪 +date: 2024-12-01 22:45:53 +tags: + - author: caozhanhao +--- + +# 🤔 第三阶段 - 组件化操作系统 +这一阶段正好学校里有考试，ddl也比较多，学习的时间稍微少了一些，效果感觉差了一些。希望在第四阶段补全短板，增进对技术的理解。 + + + +完整的博客在[这里](https://mkfs.tech/index.php/archives/30/)。 + +## 内核模式 +![1.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/14276843.png) +其中 Unikernel 的应用与内核处于同一特权级，且共享同一地址空间，最终编译形成一个Image，一体运行。 +而其他的内核大多应用与内核隔离特权级运行，具有独立的地址空间，最终是不同的Image，独立运行。 + +## PFlash +Qemu的PFlash模拟闪存磁盘，启动时自动从文件加载内容到固定的MMIO区域，而且对读操作不需要驱动，可以直接访问。 +![2.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/290153810.png) + +## TLSF (Two-Level Segregated Fit) +![3.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/2778956413.png) +- First Level: 每一位对应一个范围的内存块，示例中分别对应24 ~ 231。1表示空闲。图中两个1。 +- Second Level: 有几位就表示几等分。例如， 26表示64~127，然后进行4等分就是64~79, 80~95, 96~107, 108~127，每一位对应一个范围，同样1表示空闲。 + +[TLSF——一种简单高效的内存池实现](https://zhuanlan.zhihu.com/p/658922989) + +## Buddy + +![5.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/279611250.png) +![4.jpg](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/1916612972.jpg) + +分配时寻找匹配alloc需要(order)的最小块。如果order大于目标，则二分切割，直至相等，每级剩余的部分挂到对应的Order List +释放时查看是否有邻居空闲块，有则尽可能向高Oder合并，直至无法合并，挂到OrderList。 + +[内存分配\[二\] - Buddy系统的原理](https://www.zhihu.com/column/p/73562347) + +## Slab + +![6.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/1942286885.png) + +分配时从 block 空闲链表中弹出一个 block。 +依靠 Buddy 分配器提供内存分配支持，初始时以及 block 不足时，从 BuddyAllocator 申请，分割 block 后加入 block 空闲链表。 + +Slab 分配器分配内存以字节为单位，基于 Buddy 分配器的大内存进一步细分成小内存分配。换句话说，Slab 分配器仍然从 Buddy 分配器中申请内存，之后自己对申请来的内存细分管理。 + +[Linux 内核 | 内存管理——slab 分配器](https://zhuanlan.zhihu.com/p/358891862) + +## 基于 Unikernel 的最小化宏内核 + +![7.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/4058348040.png) + +需要的增量工作： +1. 用户地址空间的创建和区域映射 +2. 在异常中断响应的基础上增加系统调用 +3. 复用 Unikernel 原来的调度机制，针对宏内核扩展 Task 属性 +4. 在内核与用户两个特权级之间的切换机制 + +## 兼容 Linux 应用 +![9.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/3505897926.png) + +在应用和内核交互界面上实现兼容。 +兼容界面包含三类： +1) syscall +2) procfs & sysfs等伪文件系统 +3) 应用、编译器和libc对地址空间的假定，涉及某些参数定义或某些特殊地址的引用 + +## 应用的用户栈初始化 +Linux应用基于glibc/musl-libc等库编译，libc在调用应用的main之前，检查用户栈上的参数等内容。 +而应用启动之后，也可能会调用这些参数。内核需要在切换到首应用前，为应用准备栈上内容。 +![8.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/3876172031.png) + +## Hypervisor +Hypervisor与模拟器Emulator的区别: +![10.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/2548801357.png) +根据1974年，Popek和Goldberg对虚拟机的定义, 虚拟机可以看作是物理机的一种高效隔离的复制，蕴含三层含义：同质、高效和资源受控。同质要求ISA的同构，高效要求虚拟化消耗可忽略，资源受控要求中间层对物理资源的完全控制。Hypervisor必须符合上述要求，而模拟器更侧重的是仿真效果，对性能效率通常没有硬性要求。其根本区别是虚拟运行环境和支撑它的物理运行环境的体系结构即ISA是否一致。 + +两种类型的虚拟化： +![2024-12-01T11:20:17.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/2647307308.png) + +## Riscv64在特权级模式的H扩展 + +![2024-12-01T11:22:58.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/4036930211.png) +![2024-12-01T11:23:02.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/384826824.png) + +特权级从三个扩展到五个，新增了与Host平行的Guest域 + +- 原来的S增强了对虚拟化支持的特性后，称它为HS。 +- M/HS/U形成Host域，用来运行I型Hypervisor或者II型的HostOS，三个特权级的作用不变。 +- VS/VU形成Guest域，用来运行GuestOS，这两个特权级分别对应内核态和用户态。 +- HS是关键，作为联通真实世界和虚拟世界的通道。体系结构设计了双向变迁机制。 + +H扩展后，S模式发送明显变化：原有s[xxx]寄存器组作用不变，新增hs[xxx]和vs[xxx] +hs[xxx]寄存器组的作用：面向Guest进行路径控制，例如异常/中断委托等 +vs[xxx]寄存器组的作用：直接操纵Guest域中的VS，为其准备或设置状态 +![2024-12-01T11:23:51.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/2915643031.png) + +## Guest与Host的地址空间关系 +Guest是指虚拟机所在的执行环境；Host指Hypervisor所处的执行环境。 +Hypervisor负责基于HPA面向Guest映射GPA，基本寄存器是hgatp； +Guest认为看到的GPA是“实际”的物理空间，它基于satp映射内部的GVA虚拟空间。 +![2024-12-01T11:26:25.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/3804255383.png) +![2024-12-01T11:26:54.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/1144908403.png) + +## 虚拟机的时间中断 +物理环境或者qemu模拟器中，时钟中断触发时，能够正常通过stvec寄存器找到异常中断向量表，然后 +进入事先注册的响应函数。但是在虚拟机环境下，宿主环境下的原始路径失效了。有两种解决方案： +1. 启用 RISC-V AIA 机制，把特定的中断委托到虚拟机 Guest 环境下。要求平台支持，且比较复杂。 +2. 通过中断注入的方式来实现。如下例 + +![2024-12-01T11:40:43.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/2020345139.png) + +需要实现两部分的内容： +1. 响应虚拟机发出的SBI-Call功能调用SetTimer +2. 响应宿主机时钟中断导致的VM退出，注入到虚拟机内部 +![2024-12-01T11:45:03.png](https://mkfs.tech/usr/uploads/2024/12/1158020441.png)