lunaix-os/kernel/k_init.c

   1 #include <lunaix/common.h>
   2 #include <lunaix/tty/tty.h>
   3
   4 #include <lunaix/clock.h>
   5 #include <lunaix/mm/kalloc.h>
   6 #include <lunaix/mm/page.h>
   7 #include <lunaix/mm/pmm.h>
   8 #include <lunaix/mm/vmm.h>
   9 #include <lunaix/process.h>
  10 #include <lunaix/sched.h>
  11 #include <lunaix/spike.h>
  12 #include <lunaix/syslog.h>
  13 #include <lunaix/timer.h>
  14
  15 #include <hal/rtc.h>
  16
  17 #include <arch/x86/boot/multiboot.h>
  18 #include <arch/x86/idt.h>
  19 #include <arch/x86/interrupts.h>
  20
  21 #include <klibc/stdio.h>
  22 #include <klibc/string.h>
  23
  24 #include <stddef.h>
  25 #include <stdint.h>
  26
  27 extern uint8_t __kernel_start;
  28 extern uint8_t __kernel_end;
  29 extern uint8_t __init_hhk_end;
  30
  31 #define PP_KERN_SHARED (PP_FGSHARED | PP_TKERN)
  32
  33 // Set remotely by kernel/asm/x86/prologue.S
  34 multiboot_info_t* _k_init_mb_info;
  35
  36 x86_page_table* __kernel_ptd;
  37
  38 struct proc_info tmp;
  39
  40 LOG_MODULE("BOOT");
  41
  42 extern void
  43 __proc0(); /* proc0.c */
  44
  45 void
  46 spawn_proc0();
  47
  48 void
  49 setup_memory(multiboot_memory_map_t* map, size_t map_size);
  50
  51 void
  52 _kernel_pre_init()
  53 {
  54     _init_idt();
  55     intr_routine_init();
  56
  57     pmm_init(MEM_1MB + (_k_init_mb_info->mem_upper << 10));
  58     vmm_init();
  59     rtc_init();
  60
  61     tty_init((void*)VGA_BUFFER_PADDR);
  62     tty_set_theme(VGA_COLOR_WHITE, VGA_COLOR_BLACK);
  63
  64     __kernel_ptd = cpu_rcr3();
  65
  66     tmp = (struct proc_info){ .page_table = __kernel_ptd };
  67
  68     __current = &tmp;
  69 }
  70
  71 void
  72 _kernel_init()
  73 {
  74     kprintf("[MM] Mem: %d KiB, Extended Mem: %d KiB\n",
  75             _k_init_mb_info->mem_lower,
  76             _k_init_mb_info->mem_upper);
  77
  78     unsigned int map_size =
  79       _k_init_mb_info->mmap_length / sizeof(multiboot_memory_map_t);
  80
  81     setup_memory((multiboot_memory_map_t*)_k_init_mb_info->mmap_addr, map_size);
  82
  83     // 为内核创建一个专属栈空间。
  84     for (size_t i = 0; i < (KSTACK_SIZE >> PG_SIZE_BITS); i++) {
  85         uintptr_t pa = pmm_alloc_page(KERNEL_PID, 0);
  86         vmm_set_mapping(
  87           PD_REFERENCED, KSTACK_START + (i << PG_SIZE_BITS), pa, PG_PREM_RW);
  88     }
  89     kprintf(KINFO "[MM] Allocated %d pages for stack start at %p\n",
  90             KSTACK_SIZE >> PG_SIZE_BITS,
  91             KSTACK_START);
  92
  93     sched_init();
  94
  95     spawn_proc0();
  96 }
  97
  98 /**
  99  * @brief 创建并运行proc0进程
 100  *
 101  */
 102 void
 103 spawn_proc0()
 104 {
 105     struct proc_info proc0;
 106
 107     /**
 108      * @brief
 109      * 注意：这里和视频中说的不一样，属于我之后的一点微调。
 110      * 在视频中，spawn_proc0是在_kernel_post_init的末尾才调用的。并且是直接跳转到_proc0
 111      *
 112      * 但是我后来发现，上述的方法会产生竞态条件。这是因为spawn_proc0被调用的时候，时钟中断已经开启，
 113      * 而中断的产生会打乱栈的布局，从而使得下面的上下文设置代码产生未定义行为（Undefined
 114      * Behaviour）。 为了保险起见，有两种办法：
 115      *      1. 在创建proc0进程前关闭中断
 116      *      2. 将_kernel_post_init搬进proc0进程
 117      * （_kernel_post_init已经更名为init_platform）
 118      *
 119      * 目前的解决方案是2
 120      */
 121
 122     init_proc(&proc0);
 123     proc0.intr_ctx = (isr_param){ .registers = { .ds = KDATA_SEG,
 124                                                  .es = KDATA_SEG,
 125                                                  .fs = KDATA_SEG,
 126                                                  .gs = KDATA_SEG },
 127                                   .cs = KCODE_SEG,
 128                                   .eip = (void*)__proc0,
 129                                   .ss = KDATA_SEG,
 130                                   .eflags = cpu_reflags() };
 131
 132     // 方案1：必须在读取eflags之后禁用。否则当进程被调度时，中断依然是关闭的！
 133     // cpu_disable_interrupt();
 134
 135     setup_proc_mem(&proc0, PD_REFERENCED);
 136
 137     // Ok... 首先fork进我们的零号进程，而后由那里，我们fork进init进程。
 138     /*
 139         这里是一些栈的设置，因为我们将切换到一个新的地址空间里，并且使用一个全新的栈。
 140         让iret满意！
 141     */
 142     asm volatile("movl %%cr3, %%eax\n"
 143                  "movl %%esp, %%ebx\n"
 144                  "movl %1, %%cr3\n"
 145                  "movl %2, %%esp\n"
 146                  "pushf\n"
 147                  "pushl %3\n"
 148                  "pushl %4\n"
 149                  "pushl $0\n"
 150                  "pushl $0\n"
 151                  "movl %%esp, %0\n"
 152                  "movl %%eax, %%cr3\n"
 153                  "movl %%ebx, %%esp\n"
 154                  : "=m"(proc0.intr_ctx.registers.esp)
 155                  : "r"(proc0.page_table),
 156                    "i"(KSTACK_TOP),
 157                    "i"(KCODE_SEG),
 158                    "r"(proc0.intr_ctx.eip)
 159                  : "%eax", "%ebx", "memory");
 160
 161     // 向调度器注册进程。
 162     push_process(&proc0);
 163
 164     // 由于时钟中断未就绪，我们需要手动通知调度器进行第一次调度。这里也会同时隐式地恢复我们的eflags.IF位
 165     schedule();
 166
 167     /* Should not return */
 168     assert_msg(0, "Unexpected Return");
 169 }
 170
 171 // 按照 Memory map 标识可用的物理页
 172 void
 173 setup_memory(multiboot_memory_map_t* map, size_t map_size)
 174 {
 175
 176     // First pass, to mark the physical pages
 177     for (unsigned int i = 0; i < map_size; i++) {
 178         multiboot_memory_map_t mmap = map[i];
 179         kprintf("[MM] Base: 0x%x, len: %u KiB, type: %u\n",
 180                 map[i].addr_low,
 181                 map[i].len_low >> 10,
 182                 map[i].type);
 183         if (mmap.type == MULTIBOOT_MEMORY_AVAILABLE) {
 184             // 整数向上取整除法
 185             uintptr_t pg = map[i].addr_low + 0x0fffU;
 186             pmm_mark_chunk_free(pg >> PG_SIZE_BITS,
 187                                 map[i].len_low >> PG_SIZE_BITS);
 188             kprintf(KINFO "[MM] Freed %u pages start from 0x%x\n",
 189                     map[i].len_low >> PG_SIZE_BITS,
 190                     pg & ~0x0fffU);
 191         }
 192     }
 193
 194     // 将内核占据的页，包括前1MB，hhk_init 设为已占用
 195     size_t pg_count = V2P(&__kernel_end) >> PG_SIZE_BITS;
 196     pmm_mark_chunk_occupied(KERNEL_PID, 0, pg_count, 0);
 197     kprintf(KINFO "[MM] Allocated %d pages for kernel.\n", pg_count);
 198
 199     size_t vga_buf_pgs = VGA_BUFFER_SIZE >> PG_SIZE_BITS;
 200
 201     // 首先，标记VGA部分为已占用
 202     pmm_mark_chunk_occupied(
 203       KERNEL_PID, VGA_BUFFER_PADDR >> PG_SIZE_BITS, vga_buf_pgs, 0);
 204
 205     // 重映射VGA文本缓冲区（以后会变成显存，i.e., framebuffer）
 206     for (size_t i = 0; i < vga_buf_pgs; i++) {
 207         vmm_set_mapping(PD_REFERENCED,
 208                         VGA_BUFFER_VADDR + (i << PG_SIZE_BITS),
 209                         VGA_BUFFER_PADDR + (i << PG_SIZE_BITS),
 210                         PG_PREM_URW);
 211     }
 212
 213     // 更新VGA缓冲区位置至虚拟地址
 214     tty_set_buffer((void*)VGA_BUFFER_VADDR);
 215
 216     kprintf(KINFO "[MM] Mapped VGA to %p.\n", VGA_BUFFER_VADDR);
 217 }