本章在第一章"最小执行环境"的基础上，实现了一个批处理操作系统（tg-rcore-tutorial-ch2）。它能够依次加载并运行多个用户程序，支持特权级切换和 Trap 处理，并实现了 write 和 exit 两个系统调用。
通过本章的学习和实践，你将理解：
- 什么是批处理系统，为什么需要特权级机制
- RISC-V 的 U-mode / S-mode 特权级切换过程
- Trap 的触发、上下文保存/恢复和处理流程
- 系统调用的实现原理：从用户态
ecall到内核态处理 - 用户程序如何被打包进内核并依次执行
前置知识：建议先完成第一章（tg-rcore-tutorial-ch1）的学习，理解
#![no_std]、裸机启动、SBI 等基础概念。
- 学：读本文件，了解相关OS知识，在某个开发环境（在线或本地）中正确编译运行rcore-tutorial-ch2
- 教：分析并改进rcore-tutorial-ch2的文档和代码，让自己更高效地完成本章学习。
- 用：基于rcore-tutorial-ch2的源代码，通过多程序/多批次方式，逐块渲染七巧板构成的“O”和“S”图案。demo
注：与AI充分合作，并保存与AI合作的交互过程，总结如何做到与AI合作提升自己的操作系统知识与能力。
ch2/
├── .cargo/
│ └── config.toml # Cargo 配置：交叉编译目标和 QEMU runner
├── build.rs # 构建脚本：下载编译用户程序，生成链接脚本和 APP_ASM
├── Cargo.toml # 项目配置与依赖
├── README.md # 本文档
├── test.sh # 自动测试脚本
└── src/
└── main.rs # 内核源码：批处理主循环、Trap 处理、系统调用
本章建议围绕 src/main.rs 建立“批处理 + Trap + 系统调用”主线。
| 阅读顺序 | 位置 | 重点问题 |
|---|---|---|
| 1 | rust_main |
批处理循环如何逐个装载并执行用户程序？ |
| 2 | Trap 分支（scause 匹配） |
用户态 ecall 与异常进入内核后，分支逻辑如何区分？ |
| 3 | handle_syscall |
a7/a0~a5/a0 的系统调用寄存器约定如何落到代码中？ |
| 4 | impls 模块 |
IO / Process trait 如何与 syscall 分发层对接？ |
配套建议：结合 tg-rcore-tutorial-kernel-context 和 tg-rcore-tutorial-syscall 的注释阅读，理解上下文切换与 syscall 分发的职责边界。
- 能在
tg-rcore-tutorial-ch2目录运行cargo run，观察多个用户程序被依次装载与执行 - 能解释 U/S 特权级切换与
ecall触发 Trap 的基本路径 - 能从代码定位 syscall 参数来源（
a0~a5）与 syscall 号来源（a7） - 能说明为什么 syscall 返回前需要
sepc += 4（跳过ecall指令） - 能执行
./test.sh base并通过基础测试
| 核心概念 | 源码入口 | 自测方式（命令/现象） |
|---|---|---|
| 批处理主循环 | tg-rcore-tutorial-ch2/src/main.rs 的 rust_main |
日志中按顺序出现 app 装载与退出信息 |
| Trap 分发 | tg-rcore-tutorial-ch2/src/main.rs 中 scause::read().cause() 匹配分支 |
非法行为可被识别并输出错误日志 |
| 系统调用参数约定 | tg-rcore-tutorial-ch2/src/main.rs 的 handle_syscall |
write/exit 行为与预期一致 |
| syscall trait 对接 | tg-rcore-tutorial-ch2/src/main.rs 的 impls 模块 |
STDOUT 可输出，非法 fd 被拒绝 |
遇到构建/运行异常可先查看根文档的“高频错误速查表”。
Linux / macOS / WSL：
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
source "$HOME/.cargo/env"验证安装：
rustc --version # 要求 >= 1.85.0（支持 edition 2024）
cargo --versionrustup target add riscv64gc-unknown-none-elfUbuntu / Debian：
sudo apt update
sudo apt install qemu-system-miscmacOS（Homebrew）：
brew install qemu验证：
qemu-system-riscv64 --version # 建议 >= 7.0tg-rcore-tutorial-ch2 的构建脚本需要 cargo-clone（用于自动下载用户程序 crate）和 rust-objcopy（用于将 ELF 转为二进制）：
cargo install cargo-clone
# rust-objcopy 由 cargo-binutils 提供
cargo install cargo-binutils
rustup component add llvm-tools方式一：只获取本实验
cargo clone tg-rcore-tutorial-ch2
cd tg-rcore-tutorial-ch2方式二：获取所有实验
git clone --recurse-submodules https://github.com/rcore-os/tg-rcore-tutorial.git
cd tg-rcore-tutorial-ch2在 tg-rcore-tutorial-ch2（或 tg-rcore-tutorial-ch2）目录下执行：
cargo build编译过程比第一章复杂，build.rs 会自动完成以下工作：
- 生成链接脚本：使用
tg_linker::NOBIOS_SCRIPT生成内核的内存布局 - 下载用户程序：自动通过
cargo clone获取tg-rcore-tutorial-usercrate（包含用户测试程序） - 编译用户程序：为每个用户程序交叉编译到 RISC-V 64 目标
- 生成 APP_ASM：生成汇编文件，将所有用户程序的二进制数据内联到内核镜像中
环境变量说明：
TG_USER_DIR：指定本地 tg-rcore-tutorial-user 源码路径（跳过自动下载）TG_USER_VERSION：指定 tg-rcore-tutorial-user 版本（默认0.2.0-preview.1）TG_SKIP_USER_APPS：设置后跳过用户程序编译（生成空的占位 APP_ASM）LOG：设置日志级别（如LOG=INFO、LOG=TRACE）
cargo run实际执行的 QEMU 命令等价于：
qemu-system-riscv64 \
-machine virt \
-nographic \
-bios none \
-kernel target/riscv64gc-unknown-none-elf/debug/tg-rcore-tutorial-ch2[tg-rcore-tutorial-ch2 0.3.1-preview.1] Hello, world!
[ INFO] .data [0x802xxxxx, 0x802xxxxx)
[ WARN] boot_stack top=bottom=0x802xxxxx, lower_bound=0x802xxxxx
[ERROR] .bss [0x802xxxxx, 0x802xxxxx)
[ INFO] load app0 to 0x802xxxxx
Hello world from user mode program!
[ INFO] app0 exit with code 0
[ INFO] load app1 to 0x802xxxxx
...（更多用户程序输出）...
批处理系统依次加载并运行每个用户程序：
- 正常的用户程序会打印输出，然后通过
exit系统调用退出 - 出错的用户程序（如非法指令、访存错误）会被内核杀死，然后继续运行下一个
./test.sh结果
运行 ch2 基础测试...
========== Testing ch2 base ==========
Expected patterns: 4, Not expected: 1
[PASS] found <Hello, world from user mode program!>
[PASS] found <Test power_3 OK!>
[PASS] found <Test power_5 OK!>
[PASS] found <Test power_7 OK!>
[PASS] not found <FAIL: T.T>
Test PASSED: 5/5 ✓ ch2 基础测试通过
批处理系统（Batch System）是最早期的操作系统形态，出现于计算资源匮乏的年代。其核心思想是：将多个程序打包到一起输入计算机，当一个程序运行结束后，计算机自动执行下一个程序。
tg-rcore-tutorial-ch2 实现的批处理系统工作流程：
内核启动
│
▼
初始化（清零 BSS、初始化控制台和系统调用）
│
▼
┌─→ 加载第 i 个用户程序
│ │
│ ▼
│ 创建用户上下文（设置入口地址、用户栈、U-mode）
│ │
│ ▼
│ execute() → sret 切换到 U-mode 运行用户程序
│ │
│ ▼
│ 用户程序触发 Trap（ecall 或异常）
│ │
│ ▼
│ 内核处理 Trap（系统调用 / 杀死出错程序）
│ │
│ ├─ 系统调用 write → 输出数据，继续运行
│ ├─ 系统调用 exit → 程序退出
│ └─ 异常 → 杀死程序
│ │
│ ▼
└── 加载下一个用户程序（i++）
│
▼
所有程序完成 → 关机
为什么需要特权级？ 如果用户程序的错误（如访问非法地址、执行特权指令）能够影响内核的运行，那整个系统就不可靠了。特权级机制将用户程序和内核隔离，确保出错的用户程序只会被杀死，而不会破坏内核。
RISC-V 定义了三个特权级，本章重点关注 U-mode 和 S-mode 之间的切换：
| 特权级 | 缩写 | 运行的软件 | 能做什么 |
|---|---|---|---|
| Machine Mode | M-mode | SBI 固件 | 访问所有硬件资源 |
| Supervisor Mode | S-mode | 操作系统内核 | 管理内存、处理 Trap |
| User Mode | U-mode | 用户程序 | 仅能执行普通指令 |
特权级切换的方向：
- U → S（Trap）：用户程序执行
ecall或发生异常时，CPU 自动陷入 S-mode - S → U（sret）：内核执行
sret指令返回 U-mode 继续运行用户程序
Trap 是 CPU 从低特权级陷入高特权级的机制，触发原因包括：
- 系统调用：用户程序执行
ecall指令 - 异常：非法指令、访存错误、页错误等
- 中断：时钟中断、外部中断等（本章暂不涉及）
Trap 相关的 CSR（控制状态寄存器）：
| CSR | 功能 |
|---|---|
stvec |
Trap 处理入口地址 |
sepc |
Trap 发生前最后一条指令的地址（异常）或下一条指令地址（中断） |
scause |
Trap 原因（系统调用、非法指令、页错误等） |
stval |
Trap 附加信息（如出错的地址） |
sstatus |
SPP 字段记录 Trap 前的特权级 |
Trap 处理流程：
用户程序执行 ecall
│
▼
┌── 硬件自动完成 ──┐
│ 1. sstatus.SPP ← U │ （记录 Trap 前的特权级）
│ 2. sepc ← ecall 地址 │ （记录 Trap 前的 PC）
│ 3. scause ← 原因 │ （如 UserEnvCall）
│ 4. PC ← stvec │ （跳转到 Trap 入口）
│ 5. 特权级 ← S-mode │ （切换到内核态）
└──────────────────────┘
│
▼
Trap 入口（__alltraps）
── 保存所有用户寄存器到内核栈（Trap 上下文）
── 跳转到 Rust 的 trap_handler
│
▼
trap_handler 处理
── 读取 scause 判断 Trap 类型
── 系统调用：处理后 sepc += 4（跳过 ecall 指令）
── 异常：杀死程序
│
▼
__restore
── 从内核栈恢复用户寄存器
── 执行 sret 返回 U-mode
│
▼
用户程序从 ecall 的下一条指令继续执行
为什么 sepc 要加 4？ 因为 ecall 指令本身占 4 字节。硬件将 sepc 设为 ecall 的地址，如果不加 4，sret 后会再次执行 ecall，陷入无限循环。
上下文保存与恢复
进入 Trap 时必须保存用户态的全部寄存器状态（称为 Trap 上下文），否则内核代码的执行会破坏用户寄存器的值。tg-rcore-tutorial-ch2 使用 tg-rcore-tutorial-kernel-context 库中的 LocalContext 结构体来管理上下文：
LocalContext::user(entry)—— 创建一个用户态上下文，设置入口地址和sstatus.SPP = Userctx.execute()—— 恢复寄存器并执行sret，切换到 U-mode- Trap 发生后自动返回到
execute()的下一行
系统调用是用户程序请求内核服务的唯一合法途径。用户程序将参数放入寄存器，执行 ecall，内核读取参数并处理。
RISC-V 系统调用约定：
| 寄存器 | 用途 |
|---|---|
a7 |
syscall ID |
a0 - a5 |
参数 |
a0 |
返回值 |
tg-rcore-tutorial-ch2 支持的系统调用：
| syscall ID | 名称 | 功能 |
|---|---|---|
| 64 | write |
将缓冲区数据写入文件描述符（fd=1 为标准输出） |
| 93 | exit |
退出当前用户程序 |
用户程序中的系统调用过程（以 write 为例）：
用户程序调用 println!("Hello")
│
▼
用户库将其转为 sys_write(fd=1, buf, len)
│
▼
内嵌汇编：a7=64, a0=1, a1=buf, a2=len, ecall
│
▼
Trap 进入内核 → handle_syscall
│
▼
内核读取 a7=64 → 调用 write 处理函数
│
▼
将 buf 指向的数据通过 SBI 输出到控制台
│
▼
返回值写入 a0，sepc += 4，sret 回到用户态
与第一章不同，本章需要将多个用户程序嵌入到内核中。build.rs 在编译时完成以下工作：
- 自动下载
tg-rcore-tutorial-usercrate（包含用户测试程序的源码） - 逐个编译用户程序为 RISC-V 64 的 ELF 文件
- 使用
rust-objcopy将 ELF 转为纯二进制格式（.bin） - 生成汇编文件
app.asm，用.incbin指令将所有 .bin 文件嵌入到内核的.data段
运行时，内核通过 tg_linker::AppMeta::locate() 获取用户程序的元数据（数量、位置、大小），然后依次加载到内存中执行。
程序结构分为六个部分：
模块文档与属性（第 1-21 行）：
与第一章相同的 #![no_std]、#![no_main] 和条件编译属性。
外部依赖引入（第 23-38 行）：
tg_console：print!/println!宏和日志功能riscv::register::*：访问 CSR 寄存器（如scause）tg_kernel_context::LocalContext：用户上下文管理tg_syscall：系统调用分发框架
启动与数据嵌入（第 42-47 行）：
global_asm!(include_str!(env!("APP_ASM")))：将用户程序二进制数据嵌入内核tg_linker::boot0!(rust_main; stack = 8 * 4096)：定义入口，分配 32 KiB 内核栈
内核主函数 rust_main（第 51-107 行）：
核心的批处理循环：初始化 → 遍历用户程序 → 创建上下文 → execute → 处理 Trap → 下一个
系统调用处理 handle_syscall（第 121-142 行）：
从上下文提取 syscall ID 和参数，分发到 tg_syscall::handle，将返回值写回 a0
接口实现模块 impls（第 146-194 行）：
Console：通过 SBI 实现字符输出SyscallContext：实现write和exit系统调用
这是本章最复杂的文件，负责在编译期完成用户程序的获取、编译和打包。关键函数：
| 函数 | 功能 |
|---|---|
write_linker() |
生成链接脚本 |
ensure_tg_user() |
确保 tg-rcore-tutorial-user 源码可用（本地或 cargo clone） |
build_apps() |
读取 cases.toml 配置，编译所有用户程序 |
build_user_app() |
编译单个用户程序 |
objcopy_to_bin() |
将 ELF 转为纯二进制 |
write_app_asm() |
生成汇编文件，嵌入用户程序二进制 |
write_dummy_app_asm() |
生成空的占位汇编（用于 publish --dry-run） |
| 依赖 | 说明 |
|---|---|
riscv |
RISC-V CSR 寄存器访问库 |
tg-rcore-tutorial-sbi |
SBI 调用封装，提供 nobios 模式启动 |
tg-rcore-tutorial-linker |
链接脚本生成、内核布局定位、用户程序元数据 |
tg-rcore-tutorial-console |
控制台输出（print! / println!）和日志 |
tg-rcore-tutorial-kernel-context |
用户上下文 LocalContext，实现特权级切换 |
tg-rcore-tutorial-syscall |
系统调用定义与分发框架 |
通过本章的学习和实践，你在第一章的基础上迈出了重要的一步：
- 理解了批处理系统：操作系统自动依次加载和运行多个用户程序，是 OS 的最早期形态
- 掌握了特权级机制：U-mode / S-mode 的隔离保护了内核不受用户程序错误的影响
- 理解了 Trap 处理流程：从
ecall触发到硬件自动保存 CSR，再到软件保存/恢复上下文 - 实现了系统调用：
write和exit是用户程序与内核交互的最基本接口 - 了解了用户程序的打包：在编译期将用户程序嵌入内核镜像
在后续章节中，我们将从批处理系统演进为多道程序系统和分时共享系统，实现多任务切换和时间片调度。
-
为什么需要内核栈和用户栈分离？ 如果 Trap 处理时仍然使用用户栈，会有什么安全问题？
-
sepc在系统调用和异常时的值有何不同？ 为什么处理系统调用时需要将sepc加 4，而处理异常时不需要？ -
fence.i指令的作用是什么？ 在批处理系统中，为什么在加载下一个用户程序前需要执行这条指令？提示：思考指令缓存（i-cache）和数据缓存（d-cache）的区别。 -
如果用户程序执行了 S-mode 的特权指令（如
sret），会发生什么？ 从特权级机制的角度解释这个行为。
| 操作系统内核 | 所涉及核心知识点 | 主要完成功能 | 所依赖的组件 |
|---|---|---|---|
| tg-rcore-tutorial-ch1 | 应用程序执行环境 裸机编程（Bare-metal） SBI（Supervisor Binary Interface） RISC-V 特权级（M/S-mode） 链接脚本（Linker Script） 内存布局（Memory Layout） Panic 处理 |
最小 S-mode 裸机程序 QEMU 直接启动（无 OpenSBI） 打印 "Hello, world!" 并关机 演示最基本的 OS 执行环境 |
tg-rcore-tutorial-sbi |
| tg-rcore-tutorial-ch2 | 批处理系统（Batch Processing） 特权级切换（U-mode ↔ S-mode） Trap 处理（ecall / 异常） 上下文保存与恢复 系统调用（write / exit） 用户态 / 内核态 sret 返回指令 |
批处理操作系统 顺序加载运行多个用户程序 特权级切换和 Trap 处理框架 实现 write / exit 系统调用 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-syscall |
| tg-rcore-tutorial-ch3 | 多道程序（Multiprogramming） 任务控制块（TCB） 协作式调度（yield） 抢占式调度（Preemptive） 时钟中断（Clock Interrupt） 时间片轮转（Time Slice） 任务切换（Task Switch） 任务状态（Ready/Running/Finished） clock_gettime 系统调用 |
多道程序与分时多任务 多程序同时驻留内存 协作式 + 抢占式调度 时钟中断与时间管理 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-syscall |
| tg-rcore-tutorial-ch4 | 虚拟内存（Virtual Memory） Sv39 三级页表（Page Table） 地址空间隔离（Address Space） 页表项（PTE）与标志位 地址转换（VA → PA） 异界传送门（MultislotPortal） ELF 加载与解析 堆管理（sbrk） 恒等映射（Identity Mapping） 内存保护（Memory Protection） satp CSR |
引入 Sv39 虚拟内存 每个用户进程独立地址空间 跨地址空间上下文切换 进程隔离和内存保护 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-kernel-alloc tg-rcore-tutorial-kernel-vm tg-rcore-tutorial-syscall |
| tg-rcore-tutorial-ch5 | 进程（Process） 进程控制块（PCB） 进程标识符（PID） fork（地址空间深拷贝） exec（程序替换） waitpid（等待子进程） 进程树 / 父子关系 初始进程（initproc） Shell 交互式命令行 进程生命周期（Ready/Running/Zombie） 步幅调度（Stride Scheduling） |
引入进程管理 fork / exec / waitpid 系统调用 动态创建、替换、等待进程 Shell 交互式命令行 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-kernel-alloc tg-rcore-tutorial-kernel-vm tg-rcore-tutorial-syscall tg-rcore-tutorial-task-manage |
| tg-rcore-tutorial-ch6 | 文件系统（File System） easy-fs 五层架构 SuperBlock / Inode / 位图 DiskInode（直接+间接索引） 目录项（DirEntry） 文件描述符表（fd_table） 文件句柄（FileHandle） VirtIO 块设备驱动 MMIO（Memory-Mapped I/O） 块缓存（Block Cache） 硬链接（Hard Link） open / close / read / write 系统调用 |
引入文件系统与 I/O 用户程序存储在磁盘镜像（fs.img） VirtIO 块设备驱动 easy-fs 文件系统实现 文件打开 / 关闭 / 读写 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-kernel-alloc tg-rcore-tutorial-kernel-vm tg-rcore-tutorial-syscall tg-rcore-tutorial-task-manage tg-rcore-tutorial-easy-fs |
| tg-rcore-tutorial-ch7 | 进程间通信（IPC） 管道（Pipe） 环形缓冲区（Ring Buffer） 统一文件描述符（Fd 枚举） 信号（Signal） 信号集（SignalSet） 信号屏蔽字（Signal Mask） 信号处理函数（Signal Handler） kill / sigaction / sigprocmask / sigreturn 命令行参数（argc / argv） I/O 重定向（dup） |
进程间通信-管道 异步事件通知（信号） 统一文件描述符抽象 信号发送 / 注册 / 屏蔽 / 返回 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-kernel-alloc tg-rcore-tutorial-kernel-vm tg-rcore-tutorial-syscall tg-rcore-tutorial-task-manage tg-rcore-tutorial-easy-fs tg-rcore-tutorial-signal tg-rcore-tutorial-signal-impl |
| tg-rcore-tutorial-ch8 | 同步互斥（Sync&Mutex） 线程（Thread）/ 线程标识符（TID） 进程-线程分离 竞态条件（Race Condition） 临界区（Critical Section） 互斥（Mutual Exclusion） 互斥锁（Mutex：自旋锁 vs 阻塞锁） 信号量（Semaphore：P/V 操作） 条件变量（Condvar） 管程（Monitor：Mesa 语义） 线程阻塞与唤醒（wait queue） 死锁（Deadlock）/ 死锁四条件 银行家算法（Banker's Algorithm） 双层管理器（PThreadManager） |
进程-线程分离 同一进程内多线程并发 互斥锁（MutexBlocking） 信号量（Semaphore） 条件变量（Condvar） 线程阻塞与唤醒机制 死锁检测（练习） |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-kernel-alloc tg-rcore-tutorial-kernel-vm tg-rcore-tutorial-syscall tg-rcore-tutorial-task-manage tg-rcore-tutorial-easy-fs tg-rcore-tutorial-signal tg-rcore-tutorial-signal-impl tg-rcore-tutorial-sync |
| 功能组件 | 所涉及核心知识点 | 主要完成功能 | 所依赖的组件 |
|---|---|---|---|
| tg-rcore-tutorial-sbi | SBI（Supervisor Binary Interface） console_putchar / console_getchar 系统关机（shutdown） RISC-V 特权级（M/S-mode） ecall 指令 |
S→M 模式的 SBI 调用封装 字符输出 / 字符读取 系统关机 支持 nobios 直接操作 UART |
无 |
| tg-rcore-tutorial-linker | 链接脚本（Linker Script） 内核内存布局（KernelLayout） .text / .rodata / .data / .bss / .boot 段 入口点（boot0! 宏） BSS 段清零 |
形成内核空间布局的链接脚本模板 用于 build.rs 工具构建 linker.ld 内核布局定位（KernelLayout::locate） 入口宏（boot0!） 段信息迭代 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-console | 控制台 I/O 格式化输出（print! / println!） 日志系统（Log Level） 自旋锁保护的全局控制台 |
可定制 print! / println! 宏 log::Log 日志实现 Console trait 抽象底层输出 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-kernel-context | 上下文（Context） Trap 帧（Trap Frame） 寄存器保存与恢复 特权级切换 stvec / sepc / scause CSR LocalContext（本地上下文） ForeignContext（跨地址空间上下文） 异界传送门（MultislotPortal） |
用户/内核态切换上下文管理 LocalContext 结构 ForeignContext（含 satp） MultislotPortal 跨地址空间执行 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-kernel-alloc | 内核堆分配器 伙伴系统（Buddy Allocation） 动态内存管理 #[global_allocator] |
基于伙伴算法的 GlobalAlloc 堆初始化（init） 物理内存转移（transfer） |
无 |
| tg-rcore-tutorial-kernel-vm | 虚拟内存管理 页表（Page Table） Sv39 分页（三级页表） 虚拟地址（VAddr）/ 物理地址（PAddr） 虚拟页号（VPN）/ 物理页号（PPN） 页表项（PTE）/ 页表标志位（VmFlags） 地址空间（AddressSpace） PageManager trait 地址翻译（translate） |
Sv39 页表管理 AddressSpace 地址空间抽象 虚实地址转换 页面映射（map / map_extern） 页表项操作 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-syscall | 系统调用（System Call） 系统调用号（SyscallId） 系统调用分发（handle） 系统调用结果（Done / Unsupported） Caller 抽象 IO / Process / Scheduling / Clock / Signal / Thread / SyncMutex trait 接口 |
系统调用 ID 与参数定义 trait 接口供内核实现 init_io / init_process / init_scheduling / init_clock / init_signal / init_thread / init_sync_mutex 支持 kernel / user feature |
tg-rcore-tutorial-signal-defs |
| tg-rcore-tutorial-task-manage | 任务管理（Task Management） 调度（Scheduling） 进程管理器（PManager, proc feature） 双层管理器（PThreadManager, thread feature） ProcId / ThreadId 就绪队列（Ready Queue） Manage trait / Schedule trait 进程等待（wait / waitpid） 线程等待（waittid） 阻塞与唤醒（blocked / re_enque） |
Manage 和 Schedule trait 抽象 proc feature：单层进程管理器（PManager） thread feature：双层管理器（PThreadManager） 进程树 / 父子关系 线程阻塞 / 唤醒 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-easy-fs | 文件系统（File System） SuperBlock / Inode / 位图（Bitmap） DiskInode（直接+间接索引） 块缓存（Block Cache） BlockDevice trait 文件句柄（FileHandle） 打开标志（OpenFlags） 管道（Pipe）/ 环形缓冲区 用户缓冲区（UserBuffer） FSManager trait |
easy-fs 五层架构实现 文件创建 / 读写 / 目录操作 块缓存管理 管道环形缓冲区实现 FSManager trait 抽象 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-signal-defs | 信号编号（SignalNo） SIGKILL / SIGINT / SIGUSR1 等 信号动作（SignalAction） 信号集（SignalSet） 最大信号数（MAX_SIG） |
信号编号枚举定义 信号动作结构定义 信号集类型定义 为 tg-rcore-tutorial-signal 和 tg-rcore-tutorial-syscall 提供共用类型 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-signal | 信号处理（Signal Handling） Signal trait 接口 add_signal / handle_signals get_action_ref / set_action update_mask / sig_return / from_fork SignalResult（Handled / ProcessKilled） |
Signal trait 接口定义 信号添加 / 处理 / 动作设置 屏蔽字更新 / 信号返回 fork 继承 |
tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-signal-defs |
| tg-rcore-tutorial-signal-impl | SignalImpl 结构 已接收信号位图（received） 信号屏蔽字（mask） 信号处理中状态（handling） 信号动作表（actions） 信号处理函数调用 上下文保存与恢复 |
Signal trait 的参考实现 信号接收位图管理 屏蔽字逻辑 处理状态和动作表 |
tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-signal |
| tg-rcore-tutorial-sync | 互斥锁（Mutex trait: lock / unlock） 阻塞互斥锁（MutexBlocking） 信号量（Semaphore: up / down） 条件变量（Condvar: signal / wait_with_mutex） 等待队列（VecDeque<ThreadId>） UPIntrFreeCell |
MutexBlocking 阻塞互斥锁 Semaphore 信号量 Condvar 条件变量 通过 ThreadId 与调度器交互 |
tg-rcore-tutorial-task-manage |
| tg-rcore-tutorial-user | 用户态程序（User-space App） 用户库（User Library） 系统调用封装（syscall wrapper） 用户堆分配器 用户态 print! / println! |
用户测试程序运行时库 系统调用封装 用户堆分配器 各章节测试用例（ch2~ch8） |
tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-syscall |
| tg-rcore-tutorial-checker | 测试验证 输出模式匹配 正则表达式（Regex） 测试用例判定 |
rCore-Tutorial CLI 测试输出检查工具 验证内核输出匹配预期模式 支持 --ch N 和 --exercise 模式 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-linker | 链接脚本（Linker Script） 内核内存布局（KernelLayout） .text / .rodata / .data / .bss / .boot 段 入口点（boot0! 宏） BSS 段清零 |
形成内核空间布局的链接脚本模板 用于 build.rs 工具构建 linker.ld 内核布局定位（KernelLayout::locate） 入口宏（boot0!） 段信息迭代 |
无 |
Licensed under GNU GENERAL PUBLIC LICENSE, Version 3.0.