Phoenix

项目描述

Phoenix 是使用 Rust 编写、基于 RISCV-64 硬件平台、支持多核、采用异步无栈协程架构的模块化宏内核操作系统。

完成情况

决赛第一阶段

于 2024-07-31 结束决赛第一阶段时，截止到 23 点半，通过了除 ltp 部分测试外的所有测试点，所属 VisionFive 2 赛道排名为第 2，排行榜如下图所示：

初赛

VisionFive 2 赛道，初赛功能测试满分：

Phoenix 内核介绍

• 无栈协程：基于全局队列实现的调度器，完善的辅助 Future 支持，支持内核态抢占式调度。
• 进程管理：统一的进程线程抽象，可以细粒度划分进程共享的资源，支持多核运行。
• 内存管理：实现基本的内存管理功能。使用懒分配和 Copy-on-Write 优化策略。
• 文件系统：基于 Linux 设计的虚拟文件系统。实现页缓存加速文件读写，实现 Dentry 缓存加速路径查找，统一了页缓存与块缓存。使用开源 rust-fatfs库提供对 FAT32 文件系统的支持，使用lwext4-rust库提供对 Ext4 文件系统的支持。
• 信号机制：支持用户自定义信号处理例程，有完善的信号系统，与内核其他异步设施无缝衔接。
• 设备驱动：实现设备树解析，实现 PLIC，支持异步外设中断，实现异步串口驱动。
• 网络模块：支持 Udp 和 Tcp 套接字，Ipv4 与 Ipv6 协议，实现异步轮询唤醒机制。

文档

• Phoenix-决赛第一阶段文档
• Phoenix-初赛文档

项目结构

.
├── arch                    # 平台相关的包装函数与启动函数
├── config                  # 配置常量
├── crates                  # 自己编写的功能单一的库
│   ├── backtrace           # 堆栈回溯
│   ├── macro-utils         # 宏工具
│   ├── range-map           # 范围映射
│   ├── recycle-allocator   # ID回收分配器
│   ├── ring-buffer         # 环形队列缓冲区
│   └── sbi-print           # SBI打印工具
├── docs                    # 文档
├── driver                  # 驱动模块
├── kernel                  # 内核
│   ├── src
│   │   ├── ipc             # 进程间通信机制
│   │   ├── mm              # 内存管理
│   │   ├── net             # 网络
│   │   ├── processor       # 多核心管理
│   │   ├── syscall         # 系统调用
│   │   ├── task            # 进程管理
│   │   ├── trap            # 异常处理
│   │   ├── utils           # 工具
│   │   ├── boot.rs         # 内核启动通用函数
│   │   ├── impls.rs        # 模块接口实现
│   │   ├── main.rs         # 主函数
│   │   ├── panic.rs
│   │   └── trampoline.asm  # 信号跳板
│   ├── build.rs
│   ├── Cargo.toml
│   ├── linker.ld           # 链接脚本
│   └── Makefile
├── modules                 # 内核各个模块
│   ├── device-core         # 设备API
│   ├── executor            # 异步调度器
│   ├── ext4                # Ext4文件系统支持
│   ├── fat32               # FAT32文件系统支持
│   ├── logging             # 日志系统
│   ├── memory              # 基础内存模块
│   ├── net                 # 基础信号模块
│   ├── page                # 页缓存与块缓存
│   ├── signal              # 基础信号模块
│   ├── sync                # 同步原语
│   ├── systype             # 系统调用类型
│   ├── time                # 时间模块
│   ├── timer               # 定时器模块
│   ├── vfs                 # 虚拟文件系统模块
│   └── vfs-core            # 虚拟文件系统接口
├── testcase                # 测试用例
├── third-party             # 第三方库
│   └── vendor              # Rust库缓存
├── user                    # 用户程序
├── Cargo.lock
├── Cargo.toml
├── Dockerfile
├── LICENSE
├── Makefile
├── README.md
├── rustfmt.toml
└── rust-toolchain.toml

运行

1. 在项目根目录下，进入 root 用户，构建docker容器

make build_docker

2. 运行容器，进入容器终端

make docker

3. 下载依赖库并缓存在 third-party/vendor 文件夹下

make env

4. 编译内核，烧录文件镜像，并在Qemu中运行内核

make all

项目人员

哈尔滨工业大学（深圳）:

• 陈睿玮 ([email protected])：进程管理、内存管理、文件系统设计。
• 石全 ([email protected])：信号机制、网络模块。
• 王华杰 ([email protected])：挂载机制、上板流程。
• 指导老师：夏文，仇洁婷

参考

• Titanix 启动流程、内存模块部分设计
• MankorOS RangeMap、UserPtr、设备树解析、部分驱动
• FTL OS
• ArceOS 网络模块部分设计
• Alien 虚拟文件系统部分设计