lunaix-os/kernel/k_init.c

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