ruxpin
1.0.0
ความพยายามในการสร้างระบบปฏิบัติการใน Rust สำหรับ Raspberry Pi 3 เนื่องจากข้อ จำกัด ด้านเวลาฉันได้จัดลำดับความสำคัญการรับสิ่งที่ใช้งานได้แทนที่จะลองใช้ความคิดใหม่ ๆ ดังนั้นตอนนี้มันเป็นระบบปฏิบัติการเสาหินที่มี API เหมือน UNIX แต่ฉันอาจเปลี่ยนสิ่งนั้นในอนาคต ฉันคัดลอกสิ่งที่ฉันทำเพื่อ Gloworm OS ซึ่งเขียนไว้ใน C.
ในขณะนี้มีการสนับสนุนสำหรับหน่วยความจำเสมือนจริงด้วยการจัดสรรหน้าตามความต้องการ แต่ยังไม่มีการสนับสนุนสำหรับการสลับหน่วยความจำเป็นดิสก์ มันมีระบบไฟล์เสมือนจริงที่รองรับระบบไฟล์ ext2 รวมถึงระบบไฟล์ในหน่วยความจำบางอย่าง รองรับหลายกระบวนการด้วยการสลับบริบทที่ถูกเรียกโดยตัวจับเวลาระบบ แต่ยังไม่รองรับหลายเธรด
ปัจจุบันมีเพียงไดรเวอร์คอนโซล (ระบบย่อย TTY) และไดรเวอร์การ์ด SD/EMMC (ระบบย่อยอุปกรณ์บล็อก) ระบบย่อยไดรเวอร์บล็อกให้ bufcache กับบล็อกแคชอ่านจากดิสก์โดยระบบไฟล์ บล็อกที่ยืมมาเป็นสิ่งที่ไม่แน่นอนมีการทำเครื่องหมายสกปรกและจะถูกเขียนกลับในบล็อกถัดไป การสนับสนุนการเขียน Ext2 ยังไม่ได้ทดสอบอย่างดีดังนั้นการใช้งานจะถูกปิดใช้งานในตอนนี้
แอปพลิเคชันสามารถเขียนได้ในสนิมและรวบรวมด้วยไลบรารีที่รวมอยู่ซึ่งใช้คำสั่ง AARCH64 SVC เพื่อทำการโทรระบบไปยังระบบปฏิบัติการ ปัจจุบันรองรับการดำเนินการไฟล์พื้นฐานเช่นเดียวกับ exit , fork และ exec ระบบปฏิบัติการสามารถโหลดไบนารีเอลฟ์ที่ผลิตโดยสินค้าโดยตรงเป็นแอพพลิเคชั่นและเรียกใช้ โปรแกรมเชลล์แบบง่าย (เปิดตัวโดยเคอร์เนลหลังจากเริ่มต้น) และคำสั่ง ls มีให้บริการ แต่เป็นเพียงการพิสูจน์ขั้นตอนแนวคิด
ระบบปฏิบัติการประกอบด้วยเคอร์เนลและแอพพลิเคชั่นบางส่วนที่รวบรวมแยกต่างหาก แอปพลิเคชันสามารถโหลดได้ในพาร์ติชัน ext2 ซึ่งสามารถอ่านได้โดยเคอร์เนล แต่เคอร์เนลจะต้องโหลดแยกต่างหากดังนั้นจึงไม่รวมอยู่ในภาพ
โดยปกติเมื่อรองเท้าบูท Raspberry Pi เฟิร์มแวร์จะมองหาพาร์ติชันไขมันบนการ์ด microSD ที่มีไฟล์ kernel8.img ไฟล์ซึ่งจะโหลดตามที่อยู่ 0x80000 และเรียกใช้ เมื่อเคอร์เนลทำงานแล้วก็สามารถติดตั้งพาร์ติชันอื่น ๆ เพื่อใช้เป็นระบบไฟล์รูท เมื่อรันใน QEMU ภาพเคอร์เนลจะถูกส่งผ่านบรรทัดคำสั่งพร้อมกับชื่อไฟล์ของภาพดิสก์ที่มีพาร์ติชัน Ext2
makefile มีให้ในรูทโครงการเพื่อสร้างภาพดิสก์ ext2 เพื่อให้ง่ายต่อการทดสอบรหัสใน QEMU หรือบนฮาร์ดแวร์มันจะสร้างภาพดิสก์ที่มีลักษณะเหมือนกับการ์ด microSD (เช่นพาร์ติชันไขมันบวกพาร์ติชัน ext2) เมื่อใช้ QEMU พาร์ติชันไขมันจะถูกละเว้น
ในการสร้างภาพจากการรันคอมพิวเตอร์ Linux:
make create-image
make load-image สิ่งนี้จะสร้างไฟล์ภาพ 4GB ใหม่ใช้ mkfs.ext2 เพื่อสร้างระบบไฟล์ใหม่ภายในของมันติดตั้งเป็นอุปกรณ์วนรอบที่ <project>/build จากนั้นรวบรวมและโหลดแอปพลิเคชันลงในนั้น นอกจากนี้ยังคัดลอกตารางพาร์ติชันที่เข้ารหัสยาก ๆ ลงในภาพซึ่งจำลองพาร์ติชันที่ใช้โดยฮาร์ดแวร์
เมื่อสร้างภาพเคอร์เนลสามารถรวบรวมและทำงานใน QEMU โดยใช้:
cd config/raspberrypi3/
make
./qemu.sh การทำงานใน Raspberry Pi ในปัจจุบันต้องใช้คอนโซลอนุกรม USB ฉันใช้โปรแกรม MINILOAD จากการสอน Rust Raspberry Pi OS เพื่อเชนเคอร์เนลเหนือพอร์ตอนุกรม อาจเป็นไปได้ที่จะใส่ภาพเคอร์เนลที่รวบรวม ( ruxpin.img ) ลงในพาร์ติชันบูตของไฟล์ที่สร้างขึ้นและเขียนลงในดิสก์ แต่ฉันยังไม่ได้ทดสอบ
เอาต์พุตต่อไปนี้ถูกคัดลอกจากคอนโซลเมื่อทำงานใน QEMU มันมีข้อความดีบั๊กจำนวนมากเพื่อแสดงว่าเกิดอะไรขึ้น มันเริ่มต้นด้วยการตั้งค่าหน่วยความจำเคอร์เนลและหน่วยความจำหน้าลงทะเบียนประเภทระบบไฟล์เริ่มต้นไดรเวอร์อุปกรณ์และติดตั้งพาร์ติชันรูท ext2 จากนั้นทำการทดสอบจำนวนหนึ่งเพื่อตรวจสอบฟังก์ชั่นระบบไฟล์พื้นฐานตามด้วยการเปิดกระบวนการแรก (เชลล์) คำสั่งจะถูกพิมพ์ในแสดงระหว่าง "<>" ซึ่งเปิดตัวโปรแกรม ls พิมพ์รายการไฟล์และไดเรกทอรีใน / จากนั้นออกจากกลับไปที่พรอมต์เชลล์
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
%
