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/device.h>
   6 #include <lunaix/lxconsole.h>
   7 #include <lunaix/mm/kalloc.h>
   8 #include <lunaix/mm/page.h>
   9 #include <lunaix/mm/pmm.h>
  10 #include <lunaix/mm/vmm.h>
  11 #include <lunaix/process.h>
  12 #include <lunaix/sched.h>
  13 #include <lunaix/spike.h>
  14 #include <lunaix/syslog.h>
  15 #include <lunaix/timer.h>
  16
  17 #include <hal/rtc.h>
  18
  19 #include <arch/x86/boot/multiboot.h>
  20 #include <arch/x86/idt.h>
  21 #include <arch/x86/interrupts.h>
  22
  23 #include <klibc/stdio.h>
  24 #include <klibc/string.h>
  25
  26 #include <stddef.h>
  27 #include <stdint.h>
  28
  29 extern uint8_t __kernel_start;
  30 extern uint8_t __kernel_end;
  31 extern uint8_t __init_hhk_end;
  32
  33 #define PP_KERN_SHARED (PP_FGSHARED | PP_TKERN)
  34
  35 // Set remotely by kernel/asm/x86/prologue.S
  36 multiboot_info_t* _k_init_mb_info;
  37
  38 x86_page_table* __kernel_ptd;
  39
  40 struct proc_info tmp;
  41
  42 LOG_MODULE("BOOT");
  43
  44 extern void
  45 __proc0(); /* proc0.c */
  46
  47 void
  48 spawn_proc0();
  49
  50 void
  51 setup_memory(multiboot_memory_map_t* map, size_t map_size);
  52
  53 void
  54 _kernel_pre_init()
  55 {
  56     _init_idt();
  57     intr_routine_init();
  58
  59     pmm_init(MEM_1MB + (_k_init_mb_info->mem_upper << 10));
  60     vmm_init();
  61     rtc_init();
  62
  63     unsigned int map_size =
  64       _k_init_mb_info->mmap_length / sizeof(multiboot_memory_map_t);
  65
  66     setup_memory((multiboot_memory_map_t*)_k_init_mb_info->mmap_addr, map_size);
  67
  68     tty_init((void*)VGA_BUFFER_VADDR);
  69     tty_set_theme(VGA_COLOR_WHITE, VGA_COLOR_BLACK);
  70
  71     __kernel_ptd = cpu_rcr3();
  72
  73     tmp = (struct proc_info){ .page_table = __kernel_ptd };
  74
  75     __current = &tmp;
  76 }
  77
  78 void
  79 _kernel_init()
  80 {
  81
  82     cake_init();
  83     valloc_init();
  84
  85     fsm_init();
  86     vfs_init();
  87     twifs_init();
  88
  89     device_init();
  90
  91     // 挂载 TwiFS 为根目录
  92     vfs_mount("/", "twifs", -1);
  93
  94     lxconsole_init();
  95
  96     sched_init();
  97
  98     spawn_proc0();
  99 }
 100
 101 /**
 102  * @brief 创建并运行proc0进程
 103  *
 104  */
 105 void
 106 spawn_proc0()
 107 {
 108     struct proc_info* proc0 = alloc_process();
 109
 110     /**
 111      * @brief
 112      * 注意：这里和视频中说的不一样，属于我之后的一点微调。
 113      * 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
 114      *
 115      * 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，
 116      * 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
 117      * Behaviour）。 为了保险起见，有两种办法：
 118      *      1. 在创建proc0进程前关闭中断
 119      *      2. 将_kernel_post_init搬进proc0进程
 120      * （_kernel_post_init已经更名为init_platform）
 121      *
 122      * 目前的解决方案是2
 123      */
 124
 125     proc0->intr_ctx = (isr_param){ .registers = { .ds = KDATA_SEG,
 126                                                   .es = KDATA_SEG,
 127                                                   .fs = KDATA_SEG,
 128                                                   .gs = KDATA_SEG },
 129                                    .cs = KCODE_SEG,
 130                                    .eip = (void*)__proc0,
 131                                    .ss = KDATA_SEG,
 132                                    .eflags = cpu_reflags() };
 133     proc0->parent = proc0;
 134
 135     // 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！
 136     // cpu_disable_interrupt();
 137
 138     /* Ok... 首先fork进我们的零号进程，而后由那里，我们fork进init进程。 */
 139
 140     // 把当前虚拟地址空间（内核）复制一份。
 141     proc0->page_table = vmm_dup_vmspace(proc0->pid);
 142
 143     // 直接切换到新的拷贝，进行配置。
 144     cpu_lcr3(proc0->page_table);
 145
 146     // 为内核创建一个专属栈空间。
 147     for (size_t i = 0; i < (KSTACK_SIZE >> PG_SIZE_BITS); i++) {
 148         uintptr_t pa = pmm_alloc_page(KERNEL_PID, 0);
 149         vmm_set_mapping(PD_REFERENCED,
 150                         KSTACK_START + (i << PG_SIZE_BITS),
 151                         pa,
 152                         PG_PREM_RW,
 153                         VMAP_NULL);
 154     }
 155
 156     // 手动设置进程上下文：用于第一次调度
 157     asm volatile("movl %%esp, %%ebx\n"
 158                  "movl %1, %%esp\n"
 159                  "pushf\n"
 160                  "pushl %2\n"
 161                  "pushl %3\n"
 162                  "pushl $0\n"
 163                  "pushl $0\n"
 164                  "movl %%esp, %0\n"
 165                  "movl %%ebx, %%esp\n"
 166                  : "=m"(proc0->intr_ctx.registers.esp)
 167                  : "i"(KSTACK_TOP), "i"(KCODE_SEG), "r"(proc0->intr_ctx.eip)
 168                  : "%ebx", "memory");
 169
 170     // 向调度器注册进程。
 171     commit_process(proc0);
 172
 173     // 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
 174     proc0->state = PS_RUNNING;
 175     asm volatile("pushl %0\n"
 176                  "jmp switch_to\n" ::"r"(proc0));
 177
 178     /* Should not return */
 179     assert_msg(0, "Unexpected Return");
 180 }
 181
 182 extern void __usrtext_start;
 183 extern void __usrtext_end;
 184
 185 // 按照 Memory map 标识可用的物理页
 186 void
 187 setup_memory(multiboot_memory_map_t* map, size_t map_size)
 188 {
 189
 190     // First pass, to mark the physical pages
 191     for (unsigned int i = 0; i < map_size; i++) {
 192         multiboot_memory_map_t mmap = map[i];
 193         if (mmap.type == MULTIBOOT_MEMORY_AVAILABLE) {
 194             // 整数向上取整除法
 195             uintptr_t pg = map[i].addr_low + 0x0fffU;
 196             pmm_mark_chunk_free(pg >> PG_SIZE_BITS,
 197                                 map[i].len_low >> PG_SIZE_BITS);
 198         }
 199     }
 200
 201     // 将内核占据的页，包括前1MB，hhk_init 设为已占用
 202     size_t pg_count = V2P(&__kernel_end) >> PG_SIZE_BITS;
 203     pmm_mark_chunk_occupied(KERNEL_PID, 0, pg_count, 0);
 204
 205     size_t vga_buf_pgs = VGA_BUFFER_SIZE >> PG_SIZE_BITS;
 206
 207     // 首先，标记VGA部分为已占用，并且锁定
 208     pmm_mark_chunk_occupied(
 209       KERNEL_PID, VGA_BUFFER_PADDR >> PG_SIZE_BITS, vga_buf_pgs, PP_FGLOCKED);
 210
 211     // 重映射VGA文本缓冲区（以后会变成显存，i.e., framebuffer）
 212     for (size_t i = 0; i < vga_buf_pgs; i++) {
 213         vmm_set_mapping(PD_REFERENCED,
 214                         VGA_BUFFER_VADDR + (i << PG_SIZE_BITS),
 215                         VGA_BUFFER_PADDR + (i << PG_SIZE_BITS),
 216                         PG_PREM_URW,
 217                         VMAP_NULL);
 218     }
 219
 220     for (uintptr_t i = &__usrtext_start; i < &__usrtext_end; i += PG_SIZE) {
 221         vmm_set_mapping(PD_REFERENCED, i, V2P(i), PG_PREM_UR, VMAP_NULL);
 222     }
 223 }