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     kprintf(KINFO "[MM] Allocated %d pages for stack start at %p\n",
  84             KSTACK_SIZE >> PG_SIZE_BITS,
  85             KSTACK_START);
  86
  87     sched_init();
  88
  89     spawn_proc0();
  90 }
  91
  92 /**
  93  * @brief 创建并运行proc0进程
  94  *
  95  */
  96 void
  97 spawn_proc0()
  98 {
  99     struct proc_info* proc0 = alloc_process();
 100
 101     /**
 102      * @brief
 103      * 注意：这里和视频中说的不一样，属于我之后的一点微调。
 104      * 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
 105      *
 106      * 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，
 107      * 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
 108      * Behaviour）。 为了保险起见，有两种办法：
 109      *      1. 在创建proc0进程前关闭中断
 110      *      2. 将_kernel_post_init搬进proc0进程
 111      * （_kernel_post_init已经更名为init_platform）
 112      *
 113      * 目前的解决方案是2
 114      */
 115
 116     proc0->intr_ctx = (isr_param){ .registers = { .ds = KDATA_SEG,
 117                                                   .es = KDATA_SEG,
 118                                                   .fs = KDATA_SEG,
 119                                                   .gs = KDATA_SEG },
 120                                    .cs = KCODE_SEG,
 121                                    .eip = (void*)__proc0,
 122                                    .ss = KDATA_SEG,
 123                                    .eflags = cpu_reflags() };
 124     proc0->parent = proc0;
 125
 126     // 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！
 127     // cpu_disable_interrupt();
 128
 129     /* Ok... 首先fork进我们的零号进程，而后由那里，我们fork进init进程。 */
 130
 131     // 把当前虚拟地址空间（内核）复制一份。
 132     proc0->page_table = vmm_dup_vmspace(proc0->pid);
 133
 134     // 直接切换到新的拷贝，进行配置。
 135     cpu_lcr3(proc0->page_table);
 136
 137     // 为内核创建一个专属栈空间。
 138     for (size_t i = 0; i < (KSTACK_SIZE >> PG_SIZE_BITS); i++) {
 139         uintptr_t pa = pmm_alloc_page(KERNEL_PID, 0);
 140         vmm_set_mapping(PD_REFERENCED,
 141                         KSTACK_START + (i << PG_SIZE_BITS),
 142                         pa,
 143                         PG_PREM_RW,
 144                         VMAP_NULL);
 145     }
 146
 147     // 手动设置进程上下文：用于第一次调度
 148     asm volatile("movl %%esp, %%ebx\n"
 149                  "movl %1, %%esp\n"
 150                  "pushf\n"
 151                  "pushl %2\n"
 152                  "pushl %3\n"
 153                  "pushl $0\n"
 154                  "pushl $0\n"
 155                  "movl %%esp, %0\n"
 156                  "movl %%ebx, %%esp\n"
 157                  : "=m"(proc0->intr_ctx.registers.esp)
 158                  : "i"(KSTACK_TOP), "i"(KCODE_SEG), "r"(proc0->intr_ctx.eip)
 159                  : "%ebx", "memory");
 160
 161     // 向调度器注册进程。
 162     commit_process(proc0);
 163
 164     // 由于时钟中断与APIC未就绪，我们需要手动进行第一次调度。这里也会同时隐式地恢复我们的eflags.IF位
 165     proc0->state = PS_RUNNING;
 166     asm volatile("pushl %0\n"
 167                  "jmp switch_to\n" ::"r"(proc0));
 168
 169     /* Should not return */
 170     assert_msg(0, "Unexpected Return");
 171 }
 172
 173 extern void __usrtext_start;
 174 extern void __usrtext_end;
 175
 176 // 按照 Memory map 标识可用的物理页
 177 void
 178 setup_memory(multiboot_memory_map_t* map, size_t map_size)
 179 {
 180
 181     // First pass, to mark the physical pages
 182     for (unsigned int i = 0; i < map_size; i++) {
 183         multiboot_memory_map_t mmap = map[i];
 184         kprintf("[MM] Base: 0x%x, len: %u KiB, type: %u\n",
 185                 map[i].addr_low,
 186                 map[i].len_low >> 10,
 187                 map[i].type);
 188         if (mmap.type == MULTIBOOT_MEMORY_AVAILABLE) {
 189             // 整数向上取整除法
 190             uintptr_t pg = map[i].addr_low + 0x0fffU;
 191             pmm_mark_chunk_free(pg >> PG_SIZE_BITS,
 192                                 map[i].len_low >> PG_SIZE_BITS);
 193             kprintf(KINFO "[MM] Freed %u pages start from 0x%x\n",
 194                     map[i].len_low >> PG_SIZE_BITS,
 195                     pg & ~0x0fffU);
 196         }
 197     }
 198
 199     // 将内核占据的页，包括前1MB，hhk_init 设为已占用
 200     size_t pg_count = V2P(&__kernel_end) >> PG_SIZE_BITS;
 201     pmm_mark_chunk_occupied(KERNEL_PID, 0, pg_count, 0);
 202     kprintf(KINFO "[MM] Allocated %d pages for kernel.\n", pg_count);
 203
 204     size_t vga_buf_pgs = VGA_BUFFER_SIZE >> PG_SIZE_BITS;
 205
 206     // 首先，标记VGA部分为已占用
 207     pmm_mark_chunk_occupied(
 208       KERNEL_PID, VGA_BUFFER_PADDR >> PG_SIZE_BITS, vga_buf_pgs, 0);
 209
 210     // 重映射VGA文本缓冲区（以后会变成显存，i.e., framebuffer）
 211     for (size_t i = 0; i < vga_buf_pgs; i++) {
 212         vmm_set_mapping(PD_REFERENCED,
 213                         VGA_BUFFER_VADDR + (i << PG_SIZE_BITS),
 214                         VGA_BUFFER_PADDR + (i << PG_SIZE_BITS),
 215                         PG_PREM_URW,
 216                         VMAP_NULL);
 217     }
 218
 219     assert_msg(!((uintptr_t)&__usrtext_start & 0xfff) &&
 220                  !((uintptr_t)&__usrtext_end & 0xfff),
 221                "Bad usrtext alignment");
 222
 223     for (uintptr_t i = &__usrtext_start; i < &__usrtext_end; i += PG_SIZE) {
 224         vmm_set_mapping(PD_REFERENCED, i, V2P(i), PG_PREM_UR, VMAP_NULL);
 225     }
 226
 227     // 更新VGA缓冲区位置至虚拟地址
 228     tty_set_buffer((void*)VGA_BUFFER_VADDR);
 229
 230     kprintf(KINFO "[MM] Mapped VGA to %p.\n", VGA_BUFFER_VADDR);
 231 }