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+## 构建基本执行环境
+
+### 移除标准库依赖
+
++ 移除程序对标准库的依赖，为编译器手动添加入口函数。
+
+```rust
+#![no_std]
+#![no_main]
+#[no_mangle]
+pub fn rust_main() -> ! {
+}
+```
+
+### 构建裸机运行环境
+
+* 书写链接脚本调整链接器的行为，完成程序内存布局。 
+
+* 为运行操作系统完成栈空间的初始化。
+
+* 实现clear_bss() 函数，可以实现清零.bss段的 功能。
+
+* 对sbi层提供的接口进行封装，完成基础的关机和打印字符串功能。
+
+* 完善操作系统报错的异常处理能力。
+
+  ```rust
+  #![feature(panic_info_message)]
+  #[panic_handler]
+  fn panic(info: &PanicInfo) -> ! {
+      if let Some(location) = info.location() {
+          println!("Panicked at {}:{} {}", location.file(), location.line(), info.message().unwrap());
+      } else {
+          println!("Panicked: {}", info.message().unwrap());
+      }
+      shutdown()
+  }
+  ```
+
+
+
+```rust
+struct AppManager {
+    inner: RefCell<AppManagerInner>,
+}
+struct AppManagerInner {
+    num_app: usize,
+    current_app: usize,
+    app_start: [usize; MAX_APP_NUM + 1],
+}
+unsafe impl Sync for AppManager {}
+```
+
+### 实现特权级间的切换
+
+* 创建用户栈和内核栈，实现两个级别的切换，保证系统安全。
+
+* 实现中断现场的上下文保存。
+
+  ```assembly
+  # os/src/trap/trap.S
+  
+  .macro SAVE_GP n
+      sd x\n, \n*8(sp)
+  .endm
+  
+  .align 2
+  __alltraps:
+      csrrw sp, sscratch, sp
+      # now sp->kernel stack, sscratch->user stack
+      # allocate a TrapContext on kernel stack
+      addi sp, sp, -34*8
+      # save general-purpose registers
+      sd x1, 1*8(sp)
+      # skip sp(x2), we will save it later
+      sd x3, 3*8(sp)
+      # skip tp(x4), application does not use it
+      # save x5~x31
+      .set n, 5
+      .rept 27
+          SAVE_GP %n
+          .set n, n+1
+      .endr
+      # we can use t0/t1/t2 freely, because they were saved on kernel stack
+      csrr t0, sstatus
+      csrr t1, sepc
+      sd t0, 32*8(sp)
+      sd t1, 33*8(sp)
+      # read user stack from sscratch and save it on the kernel stack
+      csrr t2, sscratch
+      sd t2, 2*8(sp)
+      # set input argument of trap_handler(cx: &mut TrapContext)
+      mv a0, sp
+      call trap_handler
+  ```
+
+* 完成syscall函数，可以根据输入的参数，分发中断至各具体函数完成相应功能。
+
+
+
+
+
+## 物理内存管理
+
+### 总览
+
+- 借助`buddy_system_allocator`实现了动态内存分配，从而可以使用rust相关数据结构，提高了编码的灵活性。
+- 建立物理地址管理，实现页式内存管理，实现`StackFrameAllocator`进行页面的分配回收工作
+- 建立SV39多级页表机制。实现了`identical`恒等映射和`framed`按页映射两种映射机制。
+- 建立`MemorySet/MapArea`等数据结构，用于管理地址空间，按段进行映射等。
+- 将用户地址空间与内核地址空间隔离开。
+
+### 动态内存分配
+
+采用`buddy_system_allocator`
+
+```rust
+//os/src/heap_allocator.rs
+
+pub fn init_heap() {
+    unsafe {
+        HEAP_ALLOCATOR
+            .lock()
+            .init(HEAP_SPACE.as_ptr() as usize, KERNEL_HEAP_SIZE);
+    }
+}
+```
+
+### 地址空间
+
+采用分页式内存管理，实现SV39三级页表
+
+`os/src/config.rs`定义了包括页面大小、地址起始等数据设置。
+
+`os/src/mm/frame_allocator.rs`实现`FrameTracker`用于跟踪页面的使用情况，实现`StackFrameAllocator`用于页面的管理。
+
+`os/src/mm/address.rs`中实现地址相关的物理地址、虚拟地址等数据结构抽象与类型定义和转换。
+
+ `os/src/mm/page_table.rs`中实现页表项、页表的定义以及相关操作。通过`bitflags`这个crate来设置比特标志位，实现页表项的权限操作。
+
+`os/src/mm/memory_set.rs`实现了`MemrySet`、`MapArea`等数据结构的定义和相关操作，用于地址空间、地址映射段的管理。
+
+### 应用和内核地址空间设置
+
+本内核采用应用空间和内核地址分离的设置。当进入内核态的时候，需要进行地址空间的切换，对于应用而言，内核和其他应用的地址空间被标记为未映射，保证了数据的安全性。
+
+#### 内核地址空间设置
+
+在64位虚拟地址空间中，最高一个虚拟页面用于存放跳板`Trampoline`，然后依次往下存放用户态应用的内核栈。在低地址中通过恒等映射建立虚拟地址和物理地址的应黑色关系，存放代码段。
+
+![image-20210529170715149](photo/内核高地址.png)
+
+![img](photo/内核低地址.png)
+
+#### 应用地址空间设置
+
+在64位虚拟地址空间中，最高一个虚拟页面用于存放跳板，第二个页面用于存放`TrapContext`。然后在低地址空间中，从虚拟地址为零开始存放代码，通过`Framed`映射的方式建立虚拟地址和物理地址的关系。
+
+![img](photo/用户态地址.png)
+
+
+
+#### 权限切换时的地址空间转换
+
+`os/src/trap.S`中设置了`_alltraps`函数，这个函数是存放在跳板`trampoline`中的，通过这个跳板，实现保存上下文，切换栈地址为内核栈，刷新TLB等任务。
+
+
+
+## 进程管理
+
+### 总览
+
+- 实现`TaskManager`、`Processor`、`Task`等数据结构，实现了一些必要的操作。
+- `fork/exec/waitpid`三个系统调用的实现
+- 初始进程的自动创建、进程切换、进程调度、资源回收。
+
+### 代码文件解析
+
+系统支持线程，采用`TaskManager`对线程进行统一管理
+
+`os/src/context.rs`中定义了线程切换时需要保存的内核栈的内容。
+
+`os/src/manager.rs`定义了`TaskManager`数据结构以及相关的操作。`TaskManager`用于管理所有进程，负责切换、调度进程。
+
+`os/src/pid.rs`定义了`PidAllocator`用于`pid`的分配。同时给`KernelStack`中记录下对应的`pid`。
+
+`os/src/processor.rs`定义`Processor`用来维护当前CPU运行的进程。包括记录当前进程的任务管理块`TCB`，通过一个空闲执行流`idle`和当前任务执行流的切换来保证两个任务的执行流切换互不可见，保证安全性。
+
+`os/src/switch.rs`声明了`__switch`函数，具体实现是在`os/src/switch.S`用汇编编写。这个函数实现了交换两个执行流的上下文。
+
+```asm
+__switch:
+    # __switch(
+    #     current_task_cx_ptr2: &*const TaskContext,
+    #     next_task_cx_ptr2: &*const TaskContext
+    # )
+    # push TaskContext to current sp and save its address to where a0 points to
+    addi sp, sp, -13*8
+    sd sp, 0(a0)
+    # fill TaskContext with ra & s0-s11
+    sd ra, 0(sp)
+    .set n, 0
+    .rept 12
+        SAVE_SN %n
+        .set n, n + 1
+    .endr
+    # ready for loading TaskContext a1 points to
+    ld sp, 0(a1)
+    # load registers in the TaskContext
+    ld ra, 0(sp)
+    .set n, 0
+    .rept 12
+        LOAD_SN %n
+        .set n, n + 1
+    .endr
+    # pop TaskContext
+    addi sp, sp, 13*8
+    ret
+
+```
+
+### fork/exec/waitpid
+
+#### fork
+
+* 复制进程控制块
+  * 地址空间
+  * 执行流的上下文
+  * 获取pid，内核栈
+  * 维护父子关系
+* 修改trap上下文来控制对于子进程和父进程的不同返回值
+
+#### exec
+
+* 加载文件、构建新的地址空间
+* 原有地址空间废弃。
+
+#### waitpid
+
+* 父进程负责维护对子进程的回收
+
+* 在子进程中查找符合pid条件且僵死的进程，并释放。
+
+#### exit
+
+实现进程主动结束
+
+* 标记当前任务为僵死状态，记录退出值
+* 把此任务的子进程添加到`initproc`的子进程中，由`initproc`维护
+* 清除地址空间
+
+
+
+## 系统调用
+
+
+
+### 功能概述
+
+实现了` sys_dup ` ` sys_open ` ` sys_close ` ` sys_pipe ` `sys_read` `sys_write` `sys_exit` `sys_yield` `sys_get_time` `sys_getpid` `sys_fork` `sys_exec` `sys_waitpid` 等系统调用。
+
+`os/src/trap/mod.rs`当trap类型是`Exception::UserEnvCall`时进入系统调用。
+
+`os/src/syscall/mod.rs`定义了系统调用号并根据调用号调用相应的系统调用。
+
+`os/src/syscall/fs.rs`实现了文件系统相关的系统调用。
+
+`os/src/syscall/process.rs`实现了进程相关的系统调用。
+
+
+
+### 用户程序中调用系统调用
+
+在用户程序中实现系统调用比较容易，就像之前在操作系统中使用 `sbi_call` 一样，只需要符合规则传递参数即可。而且这一次我们甚至不需要参考任何标准，每个人都可以为自己的操作系统实现自己的标准。
+
+系统调用的编号使用了 musl 中的编码和参数格式。但实际上，在实现操作系统的时候，编码和参数格式都可以随意调整，只要在用户程序中的调用和操作系统中的解释相符即可。
+
+代码示例
+
+
+
+```rust
+// musl 中的 sys_read 调用格式
+llvm_asm!("ecall" :
+    "={x10}" (/* 返回读取长度 */) :
+    "{x10}" (/* 文件描述符 */),
+    "{x11}" (/* 读取缓冲区 */),
+    "{x12}" (/* 缓冲区长度 */),
+    "{x17}" (/* sys_read 编号 63 */) ::
+);
+```
+
+
+
+### 操作系统中实现系统调用
+
+在操作系统中，系统调用的实现和中断处理一样，有同样的入口，而针对不同的参数设置不同的处理流程。为了简化流程，我们不妨把系统调用的处理结果分为三类：
+
+- 返回一个数值，程序继续执行
+- 程序进入等待
+- 程序将被终止
+
+
+
+### 系统调用的处理流程
+
+- 首先，从相应的寄存器中取出调用代号和参数
+
+- 根据调用代号，进入不同的处理流程，得到处理结果
+
+  - 返回数值并继续执行：
+    - 返回值存放在 `x10` 寄存器，`sepc += 4`，继续此 `context` 的执行
+  - 程序进入等待
+    - 同样需要更新 `x10` 和 `sepc`，但是需要将当前线程标记为等待，切换其他线程来执行
+  - 程序终止
+    - 不需要考虑系统调用的返回，直接删除线程
+
+  * 不支持的系统调用
+    * 直接panic！
+
+* 调用完成后，设置跳板地址并切换到用户地址空间
+
+## 文件系统
+
+文件系统采用crate`fat32` 实现，但是本地的块设备驱动还未移植完成。
+