# 引言 - Open-Source-OS-Tutorial-Summer-of-Code-2022 文档

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# 引言

## 本章导读

批处理系统 (Batch System) 出现于计算资源匮乏的年代，其核心思想是： 将多个程序打包到一起输入计算机；当一个程序运行结束后，计算机会 自动 执行下一个程序。

应用程序难免会出错，如果一个程序的错误导致整个操作系统都无法运行，那就太糟糕了。 保护 操作系统不受出错程序破坏的机制被称为 特权级 (Privilege) 机制， 它实现了用户态和内核态的隔离。

本章在上一章的基础上，让我们的 OS 内核能以批处理的形式一次运行多个应用程序，同时利用特权级机制， 令 OS 不因出错的用户态程序而崩溃。

本章首先为批处理操作系统设计用户程序，再阐述如何将这些应用程序链接到内核中，最后介绍如何利用特权级机制处理 Trap.

## 实践体验

注解

基于github classroom的开发方式

基于github classroom，可方便建立开发用的git repository，并可基于github的 codespace （在线版ubuntu +vscode）在线开发使用。整个开发环境仅仅需要一个网络浏览器。

1. 在网络浏览器中用自己的 github id 登录 github.com

2. 接收 第二个实验练习的github classroom在线邀请 ，根据提示一路选择OK即可。

3. 完成第二步后，你的第二个实验练习的 github repository 会被自动建立好，点击此github repository的链接，就可看到你要完成的第一个实验了。

4. 在你的第二个实验练习的网页的中上部可以看到一个醒目的 code 绿色按钮，点击后，可以进一步看到 codespace 标签和醒目的 create codesapce on main 绿色按钮。请点击这个绿色按钮，就可以进入到在线的ubuntu +vscode环境中

5. 再按照下面的环境安装提示在vscode的 console 中安装配置开发环境：rustc，qemu等工具。

6. 在vscode的 console 中执行 make setupclassroom_test2 （该命令仅执行一次）配置githubclassroom 自动评分功能。

7. 然后就可以基于在线vscode进行开发、运行、提交等完整的实验过程了。

上述的3，4，5步不是必须的，你也可以线下本地开发。

本章我们引入了用户程序。

    $ git clone https://github.com/LearningOS/rust-based-os-comp2022.git
    $ cd rust-based-os-comp2022
    $ make setupclassroom_test2  //注意：这一步很重要，是用于github classroom自动评测你的工作。这一步只需在首次克隆项目仓库时执行一次，以后一般就不用执行了，除非 .github/workflows/classroom.yml发生了变化。

在 qemu 模拟器上运行本章代码：

    $ cd os2
    $ make run LOG=INFO

批处理系统自动加载并运行了所有的用户程序，尽管某些程序出错了：

     [rustsbi] RustSBI version 0.2.0-alpha.4
    .______       __    __      _______.___________.  _______..______   __
    |   _  \     |  |  |  |    /       |           | /       ||   _  \ |  |
    |  |_)  |    |  |  |  |   |   (----`---|  |----`|   (----`|  |_)  ||  |
    |      /     |  |  |  |    \   \       |  |      \   \    |   _  < |  |
    |  |\  \----.|  `--'  |.----)   |      |  |  .----)   |   |  |_)  ||  |
    | _| `._____| \______/ |_______/       |__|  |_______/    |______/ |__|

    [rustsbi] Implementation: RustSBI-QEMU Version 0.0.1
    [rustsbi-dtb] Hart count: cluster0 with 1 cores
    [rustsbi] misa: RV64ACDFIMSU
    [rustsbi] mideleg: ssoft, stimer, sext (0x222)
    [rustsbi] medeleg: ima, ia, bkpt, la, sa, uecall, ipage, lpage, spage (0xb1ab)
    [rustsbi] pmp0: 0x80000000 ..= 0x800fffff (rwx)
    [rustsbi] pmp1: 0x80000000 ..= 0x807fffff (rwx)
    [rustsbi] pmp2: 0x0 ..= 0xffffffffffffff (---)
    [rustsbi] enter supervisor 0x80200000
    [kernel] Hello, world!
    [ INFO] [kernel] num_app = 6
    [ INFO] [kernel] app_0 [0x8020b040, 0x8020f868)
    [ INFO] [kernel] app_1 [0x8020f868, 0x80214090)
    [ INFO] [kernel] app_2 [0x80214090, 0x80218988)
    [ INFO] [kernel] app_3 [0x80218988, 0x8021d160)
    [ INFO] [kernel] app_4 [0x8021d160, 0x80221a68)
    [ INFO] [kernel] app_5 [0x80221a68, 0x80226538)
    [ INFO] [kernel] Loading app_0
    [ERROR] [kernel] PageFault in application, core dumped.
    [ INFO] [kernel] Loading app_1
    [ERROR] [kernel] IllegalInstruction in application, core dumped.
    [ INFO] [kernel] Loading app_2
    [ERROR] [kernel] IllegalInstruction in application, core dumped.
    [ INFO] [kernel] Loading app_3
    [ INFO] [kernel] Application exited with code 1234
    [ INFO] [kernel] Loading app_4
    Hello, world from user mode program!
    [ INFO] [kernel] Application exited with code 0
    [ INFO] [kernel] Loading app_5
    3^10000=5079(MOD 10007)
    3^20000=8202(MOD 10007)
    3^30000=8824(MOD 10007)
    3^40000=5750(MOD 10007)
    3^50000=3824(MOD 10007)
    3^60000=8516(MOD 10007)
    3^70000=2510(MOD 10007)
    3^80000=9379(MOD 10007)
    3^90000=2621(MOD 10007)
    3^100000=2749(MOD 10007)
    Test power OK!
    [ INFO] [kernel] Application exited with code 0
    Panicked at src/batch.rs:68 All applications completed!

## 本章代码树

    ── os2
    │   ├── Cargo.toml
    │   ├── Makefile (修改：构建内核之前先构建应用)
    │   ├── build.rs (新增：生成 link_app.S 将应用作为一个数据段链接到内核)
    │   └── src
    │       ├── batch.rs(新增：实现了一个简单的批处理系统)
    │       ├── console.rs
    │       ├── entry.asm
    │       ├── lang_items.rs
    │       ├── link_app.S(构建产物，由 os/build.rs 输出)
    │       ├── linker.ld
    │       ├── logging.rs
    │       ├── main.rs(修改：主函数中需要初始化 Trap 处理并加载和执行应用)
    │       ├── sbi.rs
    │       ├── sync(新增：包装了RefCell，暂时不用关心)
    │       │   ├── mod.rs
    │       │   └── up.rs
    │       ├── syscall(新增：系统调用子模块 syscall)
    │       │   ├── fs.rs(包含文件 I/O 相关的 syscall)
    │       │   ├── mod.rs(提供 syscall 方法根据 syscall ID 进行分发处理)
    │       │   └── process.rs(包含任务处理相关的 syscall)
    │       └── trap(新增：Trap 相关子模块 trap)
    │           ├── context.rs(包含 Trap 上下文 TrapContext)
    │           ├── mod.rs(包含 Trap 处理入口 trap_handler)
    │           └── trap.S(包含 Trap 上下文保存与恢复的汇编代码)
    └── user(新增：应用测例保存在 user 目录下)
       ├── Cargo.toml
       ├── Makefile
       └── src
          ├── bin(基于用户库 user_lib 开发的应用，每个应用放在一个源文件中)
          │   ├── ...
          ├── console.rs
          ├── lang_items.rs
          ├── lib.rs(用户库 user_lib)
          ├── linker.ld(应用的链接脚本)
          └── syscall.rs(包含 syscall 方法生成实际用于系统调用的汇编指令，
                         各个具体的 syscall 都是通过 syscall 来实现的)

    cloc os
    -------------------------------------------------------------------------------
    Language                     files          blank        comment           code
    -------------------------------------------------------------------------------
    Rust                            14             62             21            435
    Assembly                         3              9             16            106
    make                             1             12              4             36
    TOML                             1              2              1              9
    -------------------------------------------------------------------------------
    SUM:                            19             85             42            586
    -------------------------------------------------------------------------------