ruxpin
1.0.0
Ein Versuch, ein Betriebssystem in Rost für einen Raspberry Pi 3 zu machen. Aus zeitlichen Einschränkungen habe ich ein Priorität gemacht, um etwas zu bekommen, das funktioniert, anstatt neue Ideen auszuprobieren. Im Moment ist es ein monolithisches Betriebssystem mit einer Unix-ähnlichen API, aber ich könnte das in Zukunft ändern. Ich kopierte größtenteils das, was ich für Gloworm OS getan hatte, das in C geschrieben wurde.
Derzeit unterstützt es Unterstützung für den virtuellen Speicher mit On-Demand-Seitenzuweisung, aber noch keine Unterstützung für den Austausch des Speichers auf die Festplatte. Es verfügt über ein virtuelles Dateisystem mit Unterstützung für das Ext2-Dateisystem sowie einige In-Memory-Dateisysteme. Es unterstützt mehrere Prozesse mit dem vom System -Timer ausgelösten Kontextschalter, unterstützt jedoch noch nicht mehrere Threads.
Derzeit gibt es nur einen Konsolenfahrer (TTY -Subsystem) und SD/EMMC -Kartenfahrer (Block Device Subsystem). Das Block -Treiber -Subsystem bietet einen Bufcache zum Cache -Blöcken, der vom Dateisystem aus der Festplatte gelesen wird. Blöcke, die als veränderlich ausgeliehen werden, sind schmutzig gekennzeichnet und werden im nächsten Block -Commit zurückgeschrieben. Die Ext2 -Schreibunterstützung ist noch nicht gut getestet, daher ist das Verhalten vorerst deaktiviert.
Anwendungen können in Rost geschrieben und mit den enthaltenen Bibliotheken zusammengestellt werden, die die AARG64 SVC -Anweisung verwenden, um Systemaufrufe an das Betriebssystem durchzuführen. Derzeit unterstützt es grundlegende Dateioperationen sowie exit , fork und exec . Das Betriebssystem kann die von Fracht als Anwendungen erzeugten Elf -Binärdateien direkt laden und ausführen. Ein einfaches Shell -Programm (der nach der Initialisierung vom Kernel gestartet wird) und ls -Befehl sind verfügbar, befinden sich jedoch nur in einem Proof -of -Concept -Stadium.
Das Betriebssystem besteht aus einem Kernel und einigen Anwendungen, die alle separat zusammengestellt werden. Die Anwendungen können in eine Ext2 -Partition geladen werden, die vom Kernel gelesen werden kann, der Kernel muss jedoch separat geladen werden, sodass er nicht im Bild enthalten ist.
Normalerweise sucht die Firmware, wenn ein Raspberry Pi startet, nach einer Fettpartition auf der microSD -Karte, die den kernel8.img enthält, der dann unter der Adresse 0x80000 geladen und ausgeführt wird. Sobald der Kernel ausgeführt wird, kann er alle anderen Partitionen als Root -Dateisystem montieren. Beim Laufen in QEMU wird das Kernelbild zusammen mit dem Dateinamen eines Festplattenbildes, das die Ext2 -Partition enthält, auf die Befehlszeile übergeben.
In der Projektwurzel wird ein Makefile zur Verfügung gestellt, um das Ext2 -Datenträgerbild zu erstellen. Um den Code in QEMU oder auf Hardware einfacher zu testen, wird ein Festplattenbild erstellt, das mit der microSD -Karte gleich aussieht (dh eine Fat -Partition plus eine Ext2 -Partition). Bei der Verwendung von QEMU wird die Fettpartition ignoriert.
So erstellen Sie ein Bild aus einem Linux -Computer -Lauf:
make create-image
make load-image Dadurch wird eine neue 4 -GB -Bilddatei erstellt. Verwenden Sie mkfs.ext2 , um ein neues Dateisystem darin zu erstellen, sie als Loopback -Gerät bei <project>/build zu montieren und dann die Anwendungen zu kompilieren und zu laden. Es kopiert auch eine hartcodierte Partitionstabelle in das Bild, die die von der Hardware verwendeten Partitionen wiederholt.
Sobald das Bild erstellt wurde, kann der Kernel in QEMU zusammengestellt und ausgeführt werden.
cd config/raspberrypi3/
make
./qemu.sh Für eine Raspberry Pi werden derzeit eine USB -Serienkonsole erforderlich. Ich verwende das Miniload -Programm aus dem Tutorial von Rust Raspberry Pi OS, um den Kernel über den seriellen Anschluss zu ketten. Es könnte möglich sein, das kompilierte Kernel -Image ( ruxpin.img ) in die Startpartition der erstellten Datei einzulegen und es auf Festplatte zu schreiben, aber ich habe das noch nicht getestet.
Die folgende Ausgabe wurde beim Ausführen in QEMU aus der Konsole kopiert. Es gibt viele Debug -Nachrichten, um zu zeigen, was los ist. Es startet mit dem Einrichten des Kernel -Heaps und des Seitenspeichers, registriert die Dateisystemtypen, initialisieren Sie die Geräte -Treiber und montiert die Stamm -Ext2 -Partition. Anschließend werden eine Reihe von Tests durchgeführt, um die Funktionalität der grundlegenden Dateisysteme zu überprüfen, gefolgt vom Start des ersten Vorgangs (die Shell). Anschließend wird ein Befehl eingegeben, der zwischen "<>" angezeigt wird, das das ls -Programm startet, eine Liste der Dateien und Verzeichnisse in / druckt und dann zur Shell -Eingabeaufforderung zurückgreift.
starting kernel...
kernel heap: using 0x200000, size 14MiB
virtual memory: using region at PhysicalAddress(0x1000000), size 240 MiB, pages 61438
interrupts: initializing generic arm interrupt controller
fs: registering filesystem tmpfs
fs: registering filesystem devfs
fs: registering filesystem ext2
console: initializing
sd: initializing
sd: found partition 0 at 2000, 256 MiB
sd: found partition 1 at 82000, 740 MiB
fs: mounting ext2 at /, device Some(DeviceID(0, 2))
ext2: magic number ef53, block size 4096
ext2: total blocks 982016, total inodes 245760, unallocated blocks: 963991, unallocated inodes: 245742
ext2: features compat: 38, ro: 3, incompat: 2
ext2: allocating inode 13
fs: mounting devfs at /dev, device None
ext2: looking for "dev", found inode 13
Running some hardcoded tests before completing the startup
Mounting the tmpfs filesystem (simple in-memory file system)
ext2: allocating inode 14
fs: mounting tmpfs at /tmp, device None
ext2: looking for "tmp", found inode 14
Creating a directory and a file inside of it
ext2: allocating inode 15
ext2: looking for "testdir", found inode 15
ext2: allocating inode 16
ext2: allocating block 761 in group 0
ext2: allocating block 762 in group 0
ext2: writing to block 762
Read file 14: This is a test
Opening the console device file and writing to it
ext2: looking for "dev", found inode 13
the device file can write
Opening the testapp binary through the vfs interface and reading some data
ext2: looking for "bin", found inode 32769
ext2: looking for "testapp", found inode 32770
read in 1024 bytes
0xffff00000007f790: 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f7a0: 02 00 b7 00 01 00 00 00 70 29 21 00 00 00 00 00
0xffff00000007f7b0: 40 00 00 00 00 00 00 00 d0 c8 0d 00 00 00 00 00
0xffff00000007f7c0: 00 00 00 00 40 00 38 00 04 00 40 00 10 00 0e 00
0xffff00000007f7d0: 06 00 00 00 04 00 00 00 40 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f7e0: 40 00 20 00 00 00 00 00 40 00 20 00 00 00 00 00
0xffff00000007f7f0: e0 00 00 00 00 00 00 00 e0 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f800: 08 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 04 00 00 00
0xffff00000007f810: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 20 00 00 00 00 00
0xffff00000007f820: 00 00 20 00 00 00 00 00 60 09 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f830: 60 09 00 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 00 00
0xffff00000007f840: 01 00 00 00 05 00 00 00 60 09 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f850: 60 09 21 00 00 00 00 00 60 09 21 00 00 00 00 00
0xffff00000007f860: d8 31 00 00 00 00 00 00 d8 31 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f870: 00 00 01 00 00 00 00 00 51 e5 74 64 06 00 00 00
0xffff00000007f880: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f890: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f8a0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f8b0: 63 61 6c 6c 65 64 20 60 52 65 73 75 6c 74 3a 3a
0xffff00000007f8c0: 75 6e 77 72 61 70 28 29 60 20 6f 6e 20 61 6e 20
0xffff00000007f8d0: 60 45 72 72 60 20 76 61 6c 75 65 00 00 00 00 00
0xffff00000007f8e0: 60 09 21 00 00 00 00 00 08 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f8f0: 08 00 00 00 00 00 00 00 20 10 21 00 00 00 00 00
0xffff00000007f900: 60 09 21 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f910: 01 00 00 00 00 00 00 00 94 28 21 00 00 00 00 00
0xffff00000007f920: 61 20 72 65 61 6c 6c 79 20 63 6f 6f 6c 20 6d 65
0xffff00000007f930: 73 73 61 67 65 20 74 68 61 74 20 49 27 64 20 6c
0xffff00000007f940: 69 6b 65 20 74 6f 20 73 65 65 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f950: 90 01 20 00 00 00 00 00 2a 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f960: 73 72 63 2f 6d 61 69 6e 2e 72 73 00 00 00 00 00
0xffff00000007f970: d0 01 20 00 00 00 00 00 0b 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f980: 0c 00 00 00 05 00 00 00 0a 2f 6d 6e 74 2f 74 65
0xffff00000007f990: 73 74 32 00 00 00 00 00 d0 01 20 00 00 00 00 00
0xffff00000007f9a0: 0b 00 00 00 00 00 00 00 0e 00 00 00 51 00 00 00
0xffff00000007f9b0: d0 01 20 00 00 00 00 00 0b 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f9c0: 10 00 00 00 28 00 00 00 d0 01 20 00 00 00 00 00
0xffff00000007f9d0: 0b 00 00 00 00 00 00 00 11 00 00 00 19 00 00 00
0xffff00000007f9e0: d0 01 20 00 00 00 00 00 0b 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007f9f0: 11 00 00 00 2a 00 00 00 d0 01 20 00 00 00 00 00
0xffff00000007fa00: 0b 00 00 00 00 00 00 00 12 00 00 00 11 00 00 00
0xffff00000007fa10: d0 01 20 00 00 00 00 00 0b 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007fa20: 17 00 00 00 38 00 00 00 d0 01 20 00 00 00 00 00
0xffff00000007fa30: 0b 00 00 00 00 00 00 00 1a 00 00 00 10 00 00 00
0xffff00000007fa40: 72 65 61 64 20 69 6e 20 00 00 00 00 20 00 00 00
0xffff00000007fa50: 4e 6f 74 41 46 69 6c 65 d0 01 20 00 00 00 00 00
0xffff00000007fa60: 0b 00 00 00 00 00 00 00 1c 00 00 00 31 00 00 00
0xffff00000007fa70: d0 01 20 00 00 00 00 00 0b 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007fa80: 1d 00 00 00 31 00 00 00 64 6f 6e 65 00 00 00 00
0xffff00000007fa90: f8 02 20 00 00 00 00 00 04 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007faa0: d0 01 20 00 00 00 00 00 0b 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007fab0: 2d 00 00 00 05 00 00 00 65 78 65 63 75 74 69 6e
0xffff00000007fac0: 67 20 73 65 6c 66 00 00 28 03 20 00 00 00 00 00
0xffff00000007fad0: 0e 00 00 00 00 00 00 00 d0 01 20 00 00 00 00 00
0xffff00000007fae0: 0b 00 00 00 00 00 00 00 24 00 00 00 15 00 00 00
0xffff00000007faf0: 46 69 6c 65 53 69 7a 65 54 6f 6f 4c 61 72 67 65
0xffff00000007fb00: 4e 6f 53 75 63 68 46 69 6c 65 73 79 73 74 65 6d
0xffff00000007fb10: 2f 6d 6e 74 2f 62 69 6e 2f 74 65 73 74 61 70 70
0xffff00000007fb20: 54 6f 6f 4d 61 6e 79 46 69 6c 65 73 4f 70 65 6e
0xffff00000007fb30: 72 61 6e 67 65 20 65 6e 64 20 69 6e 64 65 78 20
0xffff00000007fb40: 50 0e 21 00 00 00 00 00 08 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007fb50: 08 00 00 00 00 00 00 00 90 0f 21 00 00 00 00 00
0xffff00000007fb60: 60 0e 21 00 00 00 00 00 50 0f 21 00 00 00 00 00
0xffff00000007fb70: 00 05 0a 0f 14 19 1e 23 28 2d 32 37 3c 41 46 4b
0xffff00000007fb80: 50 55 5a 5f 64 69 6e 73 78 7d 82 87 8c 91 63 61
Opening a new file and writing some data into it
ext2: allocating inode 17
ext2: allocating block 763 in group 0
ext2: writing to block 763
Reading back the data written previously
ext2: looking for "test2", found inode 17
0xffff00000007fba0: 74 68 69 73 20 69 73 20 73 6f 6d 65 20 74 65 73
0xffff00000007fbb0: 74 20 64 61 74 61 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007fbc0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007fbd0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007fbe0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007fbf0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007fc00: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0xffff00000007fc10: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Printing the contents of the root directory (ext2 mount)
reading dir . with inode 2
reading dir .. with inode 2
reading dir lost+found with inode 11
reading dir bin with inode 32769
reading dir test with inode 12
reading dir dev with inode 13
reading dir tmp with inode 14
reading dir testdir with inode 15
reading dir test2 with inode 17
Finished tests
loading the first processs (/bin/sh) from elf binary file
ext2: looking for "bin", found inode 32769
ext2: looking for "sh", found inode 32772
program segment 0: 6 4 offset: 40 v:200040 p:200040 size: e0
program segment 1: 1 4 offset: 0 v:200000 p:200000 size: 1870
program segment 2: 1 5 offset: 1870 v:211870 p:211870 size: 53c8
program segment 3: 6474e551 6 offset: 0 v:0 p:0 size: 0
ext2: looking for "dev", found inode 13
timer: initializing generic arm timer to trigger context switch
kernel initialization complete
scheduler: starting multitasking
Instruction or Data Abort caused by Access Flag at address 215a70 (allocating new page)
Instruction or Data Abort caused by Access Flag at address fffffff0 (allocating new page)
Instruction or Data Abort caused by Access Flag at address 21337c (allocating new page)
Instruction or Data Abort caused by Access Flag at address 212190 (allocating new page)
Starting shell...
Instruction or Data Abort caused by Access Flag at address 216c34 (allocating new page)
% <typing in ls>
Instruction or Data Abort caused by Access Flag at address 2140e8 (allocating new page)
executing /bin/ls
child pid is 3
clearing old process space
executing a new process
ext2: looking for "bin", found inode 32769
ext2: looking for "ls", found inode 32774
program segment 0: 6 4 offset: 40 v:200040 p:200040 size: e0
program segment 1: 1 4 offset: 0 v:200000 p:200000 size: 730
program segment 2: 1 5 offset: 730 v:210730 p:210730 size: 2cb8
program segment 3: 6474e551 6 offset: 0 v:0 p:0 size: 0
ext2: looking for "dev", found inode 13
Instruction or Data Abort caused by Access Flag at address 212220 (allocating new page)
Instruction or Data Abort caused by Access Flag at address fffffff0 (allocating new page)
ext2: looking for ".", found inode 2
Instruction or Data Abort caused by Access Flag at address 2133e4 (allocating new page)
Instruction or Data Abort caused by Access Flag at address 2110e4 (allocating new page)
.
..
lost+found
bin
test
dev
tmp
testdir
test2
Exiting process 3
%
