飓风内核项目大纲1
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2022-08-03
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飓风内核项目大纲
一、目标描述
飓风内核是无相之风战队设计的一种基于共享调度器的异步内核实现。
针对现代任务时间短、数量较多的特点，我们提出一种新的“异步内核”；它将传统上在用户层提供的“协
程”下沉到内核，通过“共享调度器”的方案提高速 度，进而在内核态提供一种针对协程 的支持机制。我们期
望通过这种全新设 计的内核，同时满足传统操作系统的易 用性，和专有操作系统的高性能特点，进而总体
地提高现代应用的运行效率。
本次的任务将使用 Rust语言的异步特性， 在RISC-V平台上设计一个异步内 核。这个内核将统一 不同空间的
任务调度器，共同作用于线程或协程的调度。通过这种方法，提高操作系统的整体性能。
二、比赛题目分析和相关资料调研
赛题要求我们在rCore系统设计的 基础上 ，学习Rust语言 的异步 特性， 在内核 层提供 协程调 度的原 语，最
终得到一个以内核为核心的用户层异步任务执行环境。
Rust语言具有async/await语法特性，它也是无栈协程的一种实现。使用async/await时，Rust编译器将生
成内部的枚举结构体，指示当前任务执行的状态，这个结构体统一以Future接口作为抽象。在Rust中，
Future是一个trait，我们能手工实现，也可以交由编译器自己实现。
在引入用户态协程 支持时，我们采用任务作为抽象方法。 任务是调度的最小单元，它可长可短，协程和线
程可以分别看作是 短的或长的任务。任务可由内核创建， 也可由用户创建。传统的协程实现中，利用系统
提供的线程，搭建一个新的用户态运行时，这需要和内核总共有两个调度器实现。为了更高效地调度协
程，我们“拍扁”两层，只 使用一个调度器，来节约调度算法消耗的时间。借助 共享内存的概念，我们提出
了“共享调度器”。
于是使用协程调度 后，我们可以尽量减少陷入内核的次数 。陷入内核的上下文切换时间由多个部分组成，
是调度开销较大的 耗时部分，通过尽量在用户层切换任务 ，减少了短任务的切换开销。为了达成这一点，
将经常相互使用的一组任务 归纳在一起，就构成了“地址空间”的概念。异步内 核的调度器设计应当考虑地
址空间，将相同空间的任务调度到一起运行，就能减少切换地址空间的频率。因为切换地址空间时间较
长，就能节省运行时间。
在这些都完成后， 我们可以编写协作式的异步内核。飓风 内核就是这样的内核，它能协作式地调度和运行
用户任务。作为一个拥有一定功能的内核，它提供了系统调用接口，帮助用户程序的实现步骤。
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