ruxpin
1.0.0
Raspberry Pi 3을 위해 Rust에서 운영 체제를 만들려고 시도했습니다. 시간 제약으로 인해 새로운 아이디어를 시도하는 대신 작동하는 무언가를 얻는 것이 우선 순위를 정했습니다. 따라서 지금은 Unix와 같은 API가있는 모 놀리 식 OS이지만 앞으로 변경할 수 있습니다. 나는 C로 작성된 gloworm os에서 내가 한 일을 크게 복사했다.
현재 주문형 페이지 할당과 함께 가상 메모리를 지원하지만 메모리를 디스크로 바꾸는 것은 아직 지원되지 않습니다. ext2 파일 시스템과 일부 메모리 파일 시스템을 지원하는 가상 파일 시스템이 있습니다. 시스템 타이머에 의해 트리거 된 컨텍스트 전환으로 여러 프로세스를 지원하지만 아직 여러 스레드를 지원하지 않습니다.
현재 콘솔 드라이버 (TTY 서브 시스템) 및 SD/EMMC 카드 드라이버 (블록 장치 서브 시스템) 만 있습니다. 블록 드라이버 서브 시스템은 파일 시스템에 의해 디스크에서 읽은 캐시 블록에 대한 bufcache를 제공합니다. Mutable로 빌린 블록은 더러운 것으로 표시되며 다음 블록 커밋에 다시 작성됩니다. EXT2 작문 지원은 아직 잘 테스트되지 않았으므로 현재 커밋이 비활성화되어 있습니다.
응용 프로그램은 Rust로 작성하고 포함 된 라이브러리로 컴파일 할 수 있으며 Aarch64 SVC 명령어를 사용하여 OS에 대한 시스템 호출을 수행합니다. 현재 exit , fork 및 exec 뿐만 아니라 기본 파일 작업을 지원합니다. OS는화물에 의해 생산 된 엘프 바이너리를 응용 프로그램으로 직접로드하여 실행할 수 있습니다. 간단한 쉘 프로그램 (초기화 후 커널에서 시작) 및 ls 명령을 사용할 수 있지만 개념 증명 단계에만 가능합니다.
OS는 커널과 별도로 컴파일되는 몇 가지 응용 프로그램으로 구성됩니다. 응용 프로그램은 ext2 파티션에로드 될 수 있으며,이 파티션은 커널에서 읽을 수 있지만 커널을 별도로로드해야하므로 이미지에 포함되지 않습니다.
일반적으로 Raspberry Pi 부츠가 있으면 펌웨어는 kernel8.img 파일이 포함 된 MicroSD 카드의 지방 파티션을 찾은 다음 주소 0x80000 에로드되어 실행됩니다. 커널이 실행되면 다른 파티션을 장착하여 루트 파일 시스템으로 사용할 수 있습니다. QEMU에서 실행될 때 커널 이미지는 Ext2 파티션을 포함하는 디스크 이미지의 파일 이름과 함께 명령 줄에 전달됩니다.
Ext2 디스크 이미지를 빌드하기 위해 프로젝트 루트에 makefile이 제공됩니다. QEMU 또는 하드웨어에서 코드를보다 쉽게 테스트 할 수 있도록 MicroSD 카드와 동일하게 보이는 디스크 이미지를 만듭니다 (예 : 뚱뚱한 파티션과 Ext2 파티션). QEMU를 사용하면 지방 파티션이 무시됩니다.
Linux 컴퓨터 실행에서 이미지를 만들려면 :
make create-image
make load-image 이렇게하면 새 4GB 이미지 파일을 만들고 mkfs.ext2 사용하여 새 파일 시스템을 만들고 <project>/build 에서 루프백 장치로 마운 다음 응용 프로그램을 컴파일하여로드합니다. 또한 하드 코딩 된 파티션 테이블을 이미지에 복사하여 하드웨어가 사용하는 파티션을 복제합니다.
이미지가 생성되면 QEMU에서 커널을 컴파일하고 실행할 수 있습니다.
cd config/raspberrypi3/
make
./qemu.sh Raspberry Pi에서 실행하려면 현재 USB 직렬 콘솔이 필요합니다. Rust Raspberry Pi OS 튜토리얼의 Miniload 프로그램을 사용하여 직렬 포트를 통해 커널을 체인했습니다. 컴파일 된 커널 이미지 ( ruxpin.img )를 생성 된 파일의 부팅 파티션에 넣고 디스크에 쓰는 것이 가능할 수 있지만 아직 테스트하지는 않았습니다.
QEMU에서 실행될 때 다음 출력이 콘솔에서 복사되었습니다. 무슨 일이 일어나고 있는지 보여주는 디버그 메시지가 많이 있습니다. 커널 힙과 페이지 메모리를 설정하여 파일 시스템 유형을 등록하고 장치 드라이버를 초기화하며 root ext2 파티션을 마운트합니다. 그런 다음 기본 파일 시스템 기능을 확인한 다음 첫 번째 프로세스 (쉘)를 시작하는 여러 테스트를 수행합니다. 그런 다음 ls 프로그램을 시작하는 "<>"사이에 표시된 명령을 입력하고 / 의 파일 및 디렉토리 목록을 인쇄 한 다음 쉘 프롬프트로 다시 나옵니다.
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
%
