eonix

Eonix

Eonix 是一个基于 Rust 编写的开源项目，旨在提供一个适用于多处理器多架构的宏内核操作系统。

Eonix 项目的目标是创建一个高效、安全、可靠的操作系统。我们的目标是提供一个简单的内核设计，使得它易于理解和维护。同时，我们也希望 Eonix 能够提供足够复杂的特性，如虚拟内存管理、多进程支持、POSIX 兼容的文件系统模型、易于使用的设备驱动开发接口等，使其拥有较强的实用性。

项目特性

• 多处理器支持
• 多架构支持（平台相关接口抽象，目前只有 x86_64 一种实现，正在加入其他架构的实现）
• 内存管理
• 进程管理
• 文件系统
• POSIX 兼容性，兼容 Linux 系统调用接口
• 静态 ELF 加载器
• TTY 及任务控制接口（正在进一步实现）
• FAT32 文件系统的读取实现
• 全部 Rust 化（只剩一点点）
• 网卡驱动(WIP)
• POSIX 线程接口(WIP)
• 动态加载器(WIP)
• 用户、权限(WIP)

项目经测试可使用 busybox 中大多数功能，并且该内核使用 busybox 搭配 init 脚本启动，运行 busybox 提供的 ash 来执行 shell 命令。

初赛文档

本项目开发时代码仓库在 GitHub。

• 启动加载
• 内存管理
• 进程管理
• 文件系统
• 设备驱动
• 多平台支持

代码树结构

.
├── arch                          # 平台相关代码
│   ├── percpu-macros             # percpu变量宏
│   └── src
│       └── x86_64                # x86_64
│           ├── context.rs        # 上下文切换相关
│           ├── gdt.rs            # x86 架构 GDT相关
│           ├── init.rs           # 内核初始化相关
│           ├── interrupt.rs      # 中断相关
│           ├── io.rs             # IO 相关
│           ├── percpu.rs         # percpu 变量相关
│           └── user.rs           # 用户态相关
├── busybox                       # 默认选项编译的busybox
├── busybox-minimal               # 预编译的精简版busybox
├── configure                     # 编译准备用
├── doc                           # 开发文档
├── gblibc                        # C 标准库实现
├── gblibstdc++                   # C++ 标准库
├── include                       # C++ 头文件
├── init_script.sh                # init 进程使用的脚本文件
├── src
│   ├── boot.s                    # 启动代码
│   ├── driver
│   │   ├── ahci                  # AHCI 控制器驱动
│   │   ├── e1000e                # e1000e 网卡驱动（WIP）
│   │   └── serial.rs             # 串口驱动
│   ├── driver.rs                 # 驱动相关
│   ├── elf.rs                    # ELF 加载器
│   ├── fs
│   │   ├── fat32.rs              # FAT32 实现
│   │   ├── procfs.rs             # procfs 实现
│   │   └── tmpfs.rs              # ramfs 实现
│   ├── hash.rs                   # Hash 函数等
│   ├── intrusive_list.rs         # 侵入式链表
│   ├── io.rs                     # IO 工具类
│   ├── kernel
│   │   ├── allocator.cc          # C++ 分配器
│   │   ├── async
│   │   │   └── lock.cc           # C++ 中自旋锁
│   │   ├── block.rs              # 块设备抽象
│   │   ├── chardev.rs            # 字符设备抽象
│   │   ├── console.rs            # 内核 console 抽象
│   │   ├── constants.rs          # 常量定义
│   │   ├── cpu.rs                # CPU 状态相关
│   │   ├── hw
│   │   │   ├── acpi.cc           # ACPI 数据相关（待移除）
│   │   │   └── pci.cc            # PCI 设备相关（待移除）
│   │   ├── interrupt.rs          # 中断相关（共通）
│   │   ├── mem
│   │   │   ├── address.rs        # 虚拟地址等抽象
│   │   │   ├── mm_area.rs        # 映射区域
│   │   │   ├── mm_list
│   │   │   │   └── page_fault.rs # 处理Page Fault
│   │   │   ├── mm_list.rs        # 地址空间
│   │   │   ├── page_alloc.rs     # 页分配器
│   │   │   ├── page_table.rs     # 页表
│   │   │   ├── paging.rs         # 分页相关
│   │   │   ├── phys.rs           # 物理地址访问相关
│   │   │   └── slab.cc           # Slab 分配器
│   │   ├── smp.rs                # 多处理器相关
│   │   ├── syscall
│   │   │   ├── file_rw.rs        # 文件相关syscall
│   │   │   ├── mm.rs             # 内存相关syscall
│   │   │   ├── net.rs            # 网络相关syscall
│   │   │   ├── procops.rs        # 进程管理相关syscall
│   │   │   └── sysinfo.rs        # sys_utsname
│   │   ├── syscall.rs            # syscall相关定义
│   │   ├── task
│   │   │   ├── kstack.rs         # 内核栈操作
│   │   │   ├── process.rs        # 进程
│   │   │   ├── process_group.rs  # 进程组
│   │   │   ├── process_list.rs   # 进程列表
│   │   │   ├── scheduler.rs      # 调度器
│   │   │   ├── session.rs        # 会话
│   │   │   ├── signal.rs         # 信号处理
│   │   │   └── thread.rs         # 线程
│   │   ├── task.rs               # 任务模块
│   │   ├── terminal.rs           # 终端抽象
│   │   ├── timer.rs              # 时钟模块
│   │   ├── user
│   │   │   └── dataflow.rs       # 用户空间数据访问
│   │   ├── user.rs
│   │   └── vfs
│   │       ├── dentry
│   │       │   └── dcache.rs     # Dentry 缓存
│   │       ├── dentry.rs         # Dentry
│   │       ├── file.rs           # 打开的文件
│   │       ├── filearray.rs      # 用户的文件数组
│   │       ├── inode.rs          # Inode
│   │       ├── mount.rs          # 文件系统挂载
│   │       └── vfs.rs            # 虚拟文件系统
│   ├── kernel.ld                 # 链接脚本
│   ├── kernel.rs
│   ├── kinit.cpp            # 初始化
│   ├── lib.rs
│   ├── mbr.S                # MBR 代码
│   ├── net
│   │   └── netdev.rs        # 网络设备抽象
│   ├── path.rs              # 路径处理
│   ├── rcu.rs               # RCU 的一个临时实现
│   ├── sync
│   │   ├── condvar.rs       # 条件变量
│   │   ├── lock.rs          # 抽象锁类
│   │   ├── locked.rs        # 依赖锁变量
│   │   ├── semaphore.rs     # 信号量
│   │   ├── spin.rs          # 自旋锁
│   │   └── strategy.rs      # 锁策略
│   ├── sync.rs              # 同步模块
│   └── types
│       └── libstdcpp.cpp    # C++ 标准库用
├── user-space-program       # 测试用用户程序
└── x86_64-unknown-none.json # Rust 用 x86_64 工具链文件

编译 & 运行

构建依赖

编译

• GCC (测试过) or

• Rust(nightly-2024-12-18)

• CMake

生成硬盘镜像

• (Optional) busybox (项目目录下有预编译过的busybox)
• fdisk
• mtools

调试 & 运行

• GDB
• QEMU

编译及运行命令

# 配置构建环境
./configure && make build

# 直接运行

make run

# 如果需要调试

# 1: 启动调试
make srun

# 2: 启动调试器
make debug

# 或者如果有 tmux

make tmux-debug

可能需要在运行 ./configure 时在环境变量中指定正确版本的构建工具。

• DEFAULT_ARCH: 在调用 Makefile 时如果不进行额外指定，默认使用的架构。默认为 x86_64。
• QEMU: 用于调试运行的 QEMU。默认使用 qemu-system-$(ARCH)。
• GDB: 用于 make debug 的 GDB。我们将默认查找 $(ARCH)-elf-gdb 并检查支持的架构。
• FDISK: 用于创建磁盘镜像分区表的 fdisk 可执行文件，要求使用来自 util-linux 版本的 fdisk。默认使用 fdisk。

在运行 make 时可以指定的额外选项：

• HOST: 当前平台架构，用于决定 qemu 的默认加速模式，默认使用 uname -s 的输出。
• ARCH: 编译运行的目标架构，默认使用 configure 时指定的值。
• MODE: 编译运行的模式，可以使用 debug 或者是 release。
• SMP: 是否运行多处理器处理，默认使用 4 CPU。
• QEMU: 手动指定 qemu 路径。
• GDB: 手动指定 gdb 路径。
• FDISK: 手动指定 fdisk 路径。
• QEMU_ACCEL: 手动指定要使用的 qemu 加速方法。
• DEBUG_TRAPS: 是否要进行 trap 的调试，使 qemu 输出详细的 trap 日志。