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(PD_REFERENCED,
  87                         KSTACK_START + (i << PG_SIZE_BITS),
  88                         pa,
  89                         PG_PREM_RW,
  90                         VMAP_NULL);
  91     }
  92     kprintf(KINFO "[MM] Allocated %d pages for stack start at %p\n",
  93             KSTACK_SIZE >> PG_SIZE_BITS,
  94             KSTACK_START);
  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;
 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     init_proc(&proc0);
 126     proc0.intr_ctx = (isr_param){ .registers = { .ds = KDATA_SEG,
 127                                                  .es = KDATA_SEG,
 128                                                  .fs = KDATA_SEG,
 129                                                  .gs = KDATA_SEG },
 130                                   .cs = KCODE_SEG,
 131                                   .eip = (void*)__proc0,
 132                                   .ss = KDATA_SEG,
 133                                   .eflags = cpu_reflags() };
 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     setup_proc_mem(&proc0, PD_REFERENCED);
 139
 140     // Ok... 首先fork进我们的零号进程，而后由那里，我们fork进init进程。
 141     /*
 142         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。
 143         让iret满意！
 144     */
 145     asm volatile("movl %%cr3, %%eax\n"
 146                  "movl %%esp, %%ebx\n"
 147                  "movl %1, %%cr3\n"
 148                  "movl %2, %%esp\n"
 149                  "pushf\n"
 150                  "pushl %3\n"
 151                  "pushl %4\n"
 152                  "pushl $0\n"
 153                  "pushl $0\n"
 154                  "movl %%esp, %0\n"
 155                  "movl %%eax, %%cr3\n"
 156                  "movl %%ebx, %%esp\n"
 157                  : "=m"(proc0.intr_ctx.registers.esp)
 158                  : "r"(proc0.page_table),
 159                    "i"(KSTACK_TOP),
 160                    "i"(KCODE_SEG),
 161                    "r"(proc0.intr_ctx.eip)
 162                  : "%eax", "%ebx", "memory");
 163
 164     // 向调度器注册进程。
 165     push_process(&proc0);
 166
 167     // 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
 168     schedule();
 169
 170     /* Should not return */
 171     assert_msg(0, "Unexpected Return");
 172 }
 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         kprintf("[MM] Base: 0x%x, len: %u KiB, type: %u\n",
 183                 map[i].addr_low,
 184                 map[i].len_low >> 10,
 185                 map[i].type);
 186         if (mmap.type == MULTIBOOT_MEMORY_AVAILABLE) {
 187             // 整数向上取整除法
 188             uintptr_t pg = map[i].addr_low + 0x0fffU;
 189             pmm_mark_chunk_free(pg >> PG_SIZE_BITS,
 190                                 map[i].len_low >> PG_SIZE_BITS);
 191             kprintf(KINFO "[MM] Freed %u pages start from 0x%x\n",
 192                     map[i].len_low >> PG_SIZE_BITS,
 193                     pg & ~0x0fffU);
 194         }
 195     }
 196
 197     // 将内核占据的页，包括前1MB，hhk_init 设为已占用
 198     size_t pg_count = V2P(&__kernel_end) >> PG_SIZE_BITS;
 199     pmm_mark_chunk_occupied(KERNEL_PID, 0, pg_count, 0);
 200     kprintf(KINFO "[MM] Allocated %d pages for kernel.\n", pg_count);
 201
 202     size_t vga_buf_pgs = VGA_BUFFER_SIZE >> PG_SIZE_BITS;
 203
 204     // 首先，标记VGA部分为已占用
 205     pmm_mark_chunk_occupied(
 206       KERNEL_PID, VGA_BUFFER_PADDR >> PG_SIZE_BITS, vga_buf_pgs, 0);
 207
 208     // 重映射VGA文本缓冲区（以后会变成显存，i.e., framebuffer）
 209     for (size_t i = 0; i < vga_buf_pgs; i++) {
 210         vmm_set_mapping(PD_REFERENCED,
 211                         VGA_BUFFER_VADDR + (i << PG_SIZE_BITS),
 212                         VGA_BUFFER_PADDR + (i << PG_SIZE_BITS),
 213                         PG_PREM_URW,
 214                         VMAP_NULL);
 215     }
 216
 217     // 更新VGA缓冲区位置至虚拟地址
 218     tty_set_buffer((void*)VGA_BUFFER_VADDR);
 219
 220     kprintf(KINFO "[MM] Mapped VGA to %p.\n", VGA_BUFFER_VADDR);
 221 }