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