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+title: 2024-秋冬季开源操作系统训练营第三阶段总结-yck
+date: 2024-12-02 02:00:28
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+    - author: AoligeiY
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+# Areos引导机制
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+- 首先进入`axhal`中平台架构的boot程序的`_start`函数，参数为OpenSBI传入的两个参数，一个是`hartid`用于识别CPU，一个是`dtb_ptr`传入DTB的指针。
+- 然后会建立栈用于函数调用，准备页表启动MMU分页机制，后即可进入Rust。
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+然后进入axruntime初始化应用运行时的环境，即根据feature条件编译各组件框架
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+# 启用页表机制
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+SBI配置FW_TEXT_START，BIOS负责把SBI加载到内存的起始位置
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+0x8000 0000存放SBI，SBI会跳转到以0x8020 0000起始的内核代码，存放.bss、.data、.rodata、.text段。
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+axhal中的linker_riscv64-qemu-virt.lds指导rust的链接器来实现段布局
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+一阶段：即上面提到`_start`函数中的初始化MMU，将物理地址空间**恒等映射**，再添偏移量。
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+二阶段：重建映射，一阶段的映射并**没有添加权限**进行管理。若启用"paging"的feature，首先会调用axmm中的`init_memory_management()`，进行创建内核空间(`new_kernel_aspace()`)，将根页表地址写入stap寄存器(`axhal::paging::set_kernel_page_table_root`)。
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+# 多任务
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+启用"multitask"的feature，执行`axtask::init_scheduler()`,会进行就绪队列的初始化，以及系统timers的初始化。
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+- 就绪队列的初始化：初始化系统任务idle、main、gc
+  - main为主任务，其他任务均为其子任务
+  - idle，其他任务都阻塞时会执行它
+  - gc，除main之外的任务退出后，将由gc负责回收清理
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+## 调度算法
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+### CFS
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+"init_vruntime"在os启动调度的时候决定调度顺序，"nice"则是优先级，优先级越大"vruntime"增长越慢，从而达到高优先。
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+当时间片结束后，当前任务将被为设为可抢占，当前任务释放控制权，加入就绪队列。并且如果外部条件满足抢占，则会将就绪队列中的队首弹出并切换到该任务
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+# 宏内核
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+### m_1_0启动
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+- 首先为应用创建独立的用户地址空间。
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+`axmm::new_user_aspace`
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+- 将应用程序代码加载到地址空间。
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+`load_user_app`
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+- 初始化用户栈
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+`init_user_stack`
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+- spawn创建用户任务，以用户地址空间及应用入口、用户栈为参数
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+`task::spawn_user_task`
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+- 当前任务释放CPU，使用户任务运行
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+`user_task.join`
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+### 用户空间
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+页表管理内核地址空间和用户地址空间
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+内核地址空间只有高端（高地址）存放内核代码数据
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+用户地址空间高端存放内核，但这部分的页表项设为用户不可见，只有陷入内核态之后才能访问。低端地址存放应用
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+每个用户地址空间高端的内核均相同，只有存放应用的区域不同
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+地址空间后端Backend：
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+Linear：目标物理地址空间已经存在，直接建立映射关系，物理页帧必须连续
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+Alloc：仅建立空映射，当真正被访问时将会触发缺页异常，然后在缺页响应函数内部完成物理页帧的申请和补齐映射，也就是Lazy方式。物理页帧通常情况下不连续
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+### ELF格式应用加载
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+代码段加载无偏移。
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+数据段加载到虚拟地址空间分为.data、.bss。但.bss在ELF文件中为节省空间紧凑存储不做存放，仅做标记位置和长度。内核直接预留空间并清零
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+### 缺页异常
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+当发生缺页异常时，由aspace的`handle_page_fault`来完成对物理页帧的申请与映射
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+首先检查发生页面错误的虚拟地址 `vaddr` 是否在当前虚拟地址范围 `va_range` 内。
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+然后找到`vaddr`的区域area，进入area的后端，缺页异常通常由后端Alloc的Lazy策略造成，故进入Alloc分支调用`handle_page_fault_alloc`对页表`remap`完成页表映射
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+# Hypervisor
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+虚拟化基于RISCV64的S特权级的H扩展，Host将在HS特权级下进行`VM_ENTRY`以及`VM_EXIT`
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+S特权模式进行H扩展后，原有的s[xxx]寄存器组作用不变，将新增hs[xxx]和vs[xxx]
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+- hs[xxx]寄存器组的作用：面向Guest进行路径控制
+- vs[xxx]寄存器组的作用：直接操纵Guset域中的VS，为其准备或设置状态
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+设置hstatus的SPV位（指示特权级模式的来源，1为VS，0为U）SPVP位（指示HS对V模式下地址空间是否由操作权限）
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+启动Guest之前，设置Guest的sstatus，设置初始特权级为Supervisor
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+设置sepc为OS启动入口地址VM_ENTRY，地址为0x8020 0000
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+run_guest切换：保存Host上下文，将Guest上下文（第一次切换为伪造的上下文）载入寄存器组
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+VM_EXIT返回Host：保存Guest上下文，将Host上下文载入寄存器组
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+### Guest和Host地址空间
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+Hypervisor负责基于Host物理地址空间HPA面向Guest映射Guest物理地址空间GPA
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+Guest会认为GPA是实际的物理地址空间，它基于satp映射内部的GVA虚拟空间
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+启用RISC64指令集的G扩展：
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+- 引入vsatp用于第一阶段的页表翻译，即将Guest的虚拟地址空间映射为Guest的物理地址空间
+- 引入hgatp用于第二阶段的页表翻译，即将Guest的物理地址空间映射到Host的物理地址空间
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+### 虚拟机物理地址空间布局
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+低端区域留给设备空间和DMA
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+0x8000 0000在Host中是存放SBI的，但是虚拟机没有M模式，是无法访问SBI，所以这部分进行保留
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+0x8020 0000存放内核
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+高于内核的地址用作物理内存区
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+### Hypervisor主逻辑
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+- 准备VM的资源：VM地址空间和单个vCPU
+- 切换到进入Guest的代码
+- 响应VM_EXIT各种原因的代码
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+实现流程：
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+1. 创建地址空间		为目标虚拟机创建物理地址空间		               axmm
+2. 建立区域布局        在地址空间中为Guest内核和设备建立区域     axmm
+3. 加载内核                把Guest内核Image加载到内核区域                 axmm, axfs
+4. 初始化vCPU          把vCPU的启动入口设置为Guest内核入口，同时设置EPT页表地址 
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+最后在Host和Guest环境循环切换，支持虚拟机持续运行
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+VCPU的准备：
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+- 通过`set_entry（VM_ENTRY）`设置sepc来配置入口地址0x8020 0000
+- 通过`set_ept_root`向hgatp设置模式（SV39）和根页表的页帧
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+### axruntime和axhal时钟中断处理
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+`axhal::irq::register_handler` 通过`update_timer`在中断向量表中注册对应的中断响应函数，更新时钟。然后`axtask::on_timer_tick()`触发定时任务
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