Exaros（艾克萨罗斯），C 语言开发的基于 RISCV 的操作系统.zip

# ExarOS ## 概述  艾克萨罗斯（ExarOS）是一款北京航空航天大学计算机学院强生、陈凝香和曹宏墚采用 C 语言开发的基于 RISCV64 的操作系统，提供部分 linux 系统调用。 在功能方面，目前全国赛第一阶段只有 `lmbench` 3 个测试点尚未调通，`iperf, netperf` 网络测试功能不支持，其他测试样例均完全通过。具体通过情况见下表： | 测试 | busybox | libctest | lua | libcbench | iozone | cyclictest | unixbench | lmbench | iperf | netperf | | -------- | ------- | -------- | ---- | --------- | ------ | ---------- | --------- | ------- | ----- | ------- | | 样例个数 | 54 | 220 | 9 | 27 | 8 | 4 | 27 | 24 | 6 | 5 | | 通过个数 | 54 | 220 | 9 | 27 | 8 | 4 | 27 | 21 | 0 | 0 | 在性能方面，我们与 qemu 上运行的 linux 进行对比，取得了较为优异的表现，具体的数据可以参考[性能总结](./doc/perfomance.md)文档。 此外，我们还移植了 musl-gcc。 --- ## 环境与工具 | 条目 | 工具 | 版本 | | ---------- | ----------------------- | ------ | | 交叉编译器 | riscv64-unknown-elf-gcc | 12.2.0 | | 硬件模拟器 | qemu-system-riscv64 | 7.0.0 | | SBI | openSBI | | | 开发板 | HiFive Unmatched 开发板 | | | 调试器 | gdb-multiarch | 12.1 | --- ## 编译与运行 宿主机需要为 Linux 系统，并具有区域赛要求的[开发环境和工具]([ttps://github.com/loboris/ktool/tree/master/kendryte-toolchain/bin](https://github.com/loboris/ktool/tree/master/kendryte-toolchain/bin))。 运行如下指令编译内核： ```shell make ``` 使用如下指令在 qemu 上运行内核，此时 qemu 模拟的开发板是 hifive_u： ```shell make run ``` 如果希望 qemu 模拟的开发板是 virt，需要先修改 `Exraos/include/arch.h` 为如下内容 ```c #define QEMU #define VIRT ``` 然后执行 ```shell make # compile make virt # run ``` 如果希望上板测试，需要修改 `Exraos/include/arch.h` 为如下内容 ```c // #define QEMU // #define VIRT ``` 然后编译 ```makefile make ``` 我们采用的方式是利用 uboot 网络加载内核和初始 sd 卡，需要在宿主机上搭建 tftp 服务器，并在开发板的 uboot 上进行相关配置，具体的流程可以参考文档[board](./doc/board.md) 。 --- ## 仓库架构 ```shell ExarOS ├── doc (项目文档) │   └── img (项目图片) ├── include (头文件) │   └── assembly ├── kernel (内核实现) │   ├── driver (驱动) │   ├── entry (内核入口) │   ├── fs (文件系统) │   ├── memory (内存) │   ├── net (网络) │   ├── process (进程管理) │   ├── trap (异常及加载) │   └── util (辅助工具) ├── linkscript (链接脚本) ├── testcase (测试样例) │   └── mnt ├── user (用户程序) │   ├── include(用户头文件) │   │   └── arch │   │   └── riscv │   └── target └── utility (辅助工具) ``` --- ## 设计文档 ### 软件管理 - [软件规范](./doc/convention.md)：包括注释规范、代码风格规范、git commit 规范。 - [docker环境](./doc/docker.md)：符合官方要求的工具链 docker，并增设了自动化脚本，方便本地调试。 - [开发资源](./doc/resource.md)：记录开发手册、参考代码、前人博客和视频等资源。 ### 开发环境 - [硬件平台](./doc/)：`machine virt` 平台的特性。 - [构建脚本](./doc/make.md)：编译器参数、qemu 参数、自动化脚本、GUI 调试。 - [SBI](./doc/sbi.md)：SBI 相关知识。 - [开发板](./doc/board.md)：包括搭建 tftp 服务器和 uboot 启动。 ### 内核设计 - [内核启动](./doc/boot.md)：启动流程和 SBI 应用。 - [内存管理](./doc/memory.md)：虚拟内存布局和内存管理。 - [trap](./doc/trap.md)：包括相关概念，中断和异常处理。 - [进程管理](./doc/process.md)：进程管理、进程调度、睡眠锁。 - [系统调用](./doc/syscall.md)：系统调用框架。 - [virtio 驱动](./doc/virtio.md)：virtio 驱动实现。 - [FAT32](./doc/fat.md)：FAT32 文件系统基础理论介绍。 - [文件系统](./doc/fs.md)：分层文件系统各层次介绍。 - [多核启动](./doc/multicore.md)：多核启动相关。 - [信号](./doc/signal.md)：信号的相关概念和设计。 - [调度](./doc/sched.md)：新型调度方案，实现了 linux 相关的系统调用。 - [动态链接](./doc/dynamic.md)：动态链接的概念，需求，设计，实现。 - [线程](./doc/process.md)：线程相关。 - [套接字](./doc/socket.md)：套接字的概念、时序逻辑和接口。 - [网络协议栈](./doc/net.md)：网络协议栈的设计和实现思路，未能完成的教训。 - [网卡驱动](./doc/macb.md)：macb 网卡驱动的实现思路。 - [共享内存](./doc/shm.md)：共享内存的设计和实现。 ### 内核优化 - [懒加载](./doc/lazyload.md)：只在用户进程需要的时候，将数据加载入内存，节省了加载的开支。 - [外存写回](./doc/extern.md)：外存优化，包括缓存的设计和写回策略的选择。 - [临时文件](./doc/tmpfile.md)：在 `/tmp/` 文件夹下的文件为临时文件，不在放到 SD 卡内，而是在内存中进行维护。 - [UART移植](./uart.md)：将 UART 移植到 S 级，避免了陷入 M 级的时间。 ### 用户程序 - [用户程序设计](./doc/user.md)：用户函数库、初始化事项等。 - [shell](./doc/shell.md)：ThyShell 设计。 ### 测试 - [赛题分析](precomp.md)：测试形式和样例的分析。 - [测试设计](./doc/test.md)：包括官方样例测试和模块测试。 - [bug](./bug.md)：记录开发过程中遇到的十分困难或者离奇的 bug。 - [TODO](./todo.md)：记录内核还需要完善和拓展的地方。