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367
README.md
367
README.md
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@ -1,3 +1,370 @@
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第零章：实验环境配置
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.. toctree::
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:hidden:
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:maxdepth: 4
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本节我们将完成环境配置并成功运行 rCore-Tutorial 。整个流程分为下面几个部分：
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- OS 环境配置
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- Rust 开发环境配置
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- Qemu 模拟器安装
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- 其他工具安装
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- 试运行 rCore-Tutorial
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如果你在环境配置中遇到了无法解决的问题，请在本节讨论区留言，我们会尽力提供帮助。
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目前，实验主要支持 Ubuntu18.04/20.04 操作系统。使用 Windows10 和 macOS 的读者，可以安装一台 Ubuntu18.04 虚拟机或 Docker
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进行实验。也可基于 **github classroom with codespaces** 进行开发。
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Github Classroom方式进行在线OS 环境配置
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.. note::
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**基于github classroom的在线开发方式**
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基于github classroom，可方便建立开发用的git repository，并可基于github的 codespace （在线版ubuntu +vscode）在线开发使用。整个开发环境仅仅需要一个网络浏览器。
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1. 在网络浏览器中用自己的 github id 登录 github.com
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2. 接收 `第一个实验练习 setup-env-run-os1 的github classroom在线邀请 <https://classroom.github.com/a/hnoWuKGF>`_ ，根据提示一路选择OK即可。
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3. 完成第二步后，你的第一个实验练习 setup-env-run-os1 的 github repository 会被自动建立好，点击此github repository的链接，就可看到你要完成的第一个实验了。
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4. 在你的第一个实验练习的网页的中上部可以看到一个醒目的 `code` 绿色按钮，点击后，可以进一步看到 `codespace` 标签和醒目的 `create codesapce on main` 绿色按钮。请点击这个绿色按钮，就可以进入到在线的ubuntu +vscode环境中
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5. 再按照下面的环境安装提示在vscode的 `console` 中安装配置开发环境：rustc，qemu等工具。注：也可在vscode的 `console` 中执行 ``make codespaces_setenv`` 来自动安装配置开发环境（执行``sudo``需要root权限，仅需要执行一次）。
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6. **重要：** 在vscode的 `console` 中执行 `make setupclassroom_testX` （该命令仅执行一次，X的范围为 1-8）配置githubclassroom 自动评分功能。
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7. 然后就可以基于在线vscode进行开发、运行、提交等完整的实验过程了。
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上述的3，4，5步不是必须的，你也可以仅仅基于 ``Github Classromm`` 生成git repository，并进行本地开发。
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Docker方式进行本地OS开发环境配置
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.. note::
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**Docker 开发环境**
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使用方法如下（以 Ubuntu20.04 为例）：
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1. 以 ``lab0-0`` 为例，下载克隆本次的实验repo 或 https://github.com/LearningOS/rust-based-os-comp2022.git ； 在 ``lab0-0`` repo的根目录下，执行 ``make build_docker`` 来建立基于docker的开发环境;
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2. 在 ``lab0-0`` repo的根目录下执行 ``make docker`` 进入到 Docker 开发环境；
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3. 进入 Docker 之后，会发现当前处于根目录 ``/`` ，我们通过 ``cd os1`` 将当前工作路径切换到 ``lab0-0`` repo的根目录下；
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4. 接下来就可以在这个环境下进行实验了。例如 ``LOG=DEBUG make run`` 。
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大致操作和输出如下：
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.. code-block:: bash
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$ make build_docker
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$ make docker
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docker$ cd os1
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docker$ LOG=DEBUG make run
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...
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[rustsbi] RustSBI version 0.2.2, adapting to RISC-V SBI v1.0.0
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.______ __ __ _______.___________. _______..______ __
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| _ \ | | | | / | | / || _ \ | |
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| |_) | | | | | | (----`---| |----`| (----`| |_) || |
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| / | | | | \ \ | | \ \ | _ < | |
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| |\ \----.| `--' |.----) | | | .----) | | |_) || |
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| _| `._____| \______/ |_______/ |__| |_______/ |______/ |__|
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[rustsbi] Implementation : RustSBI-QEMU Version 0.1.1
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[rustsbi] Platform Name : riscv-virtio,qemu
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[rustsbi] Platform SMP : 1
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[rustsbi] Platform Memory : 0x80000000..0x88000000
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[rustsbi] Boot HART : 0
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[rustsbi] Device Tree Region : 0x87000000..0x87000ef2
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[rustsbi] Firmware Address : 0x80000000
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[rustsbi] Supervisor Address : 0x80200000
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[rustsbi] pmp01: 0x00000000..0x80000000 (-wr)
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[rustsbi] pmp02: 0x80000000..0x80200000 (---)
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[rustsbi] pmp03: 0x80200000..0x88000000 (xwr)
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Hello, world!
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[DEBUG] .rodata [0x80203000, 0x80205000)
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[ INFO] .data [0x80205000, 0x80206000)
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[ WARN] boot_stack [0x80206000, 0x80216000)
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[ERROR] .bss [0x80216000, 0x80217000)
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注：
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- 感谢 qobilidop， dinghao188 和张汉东老师帮忙配置好的 Docker 开发环境，进入 Docker 开发环境之后不需要任何软件工具链的安装和配置，可以直接将 tutorial 运行起来，目前应该仅支持将 本次实验 运行在 Qemu-7.0.0 模拟器上。
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- 目前的Docker开发环境主要是建立好了实验用的开发环境，还没有设置国内crates源（可选） 、配置基于github classroom的自动测试环境等 。所以还需要参考上面或下面的步骤进行部分配置和部分安装。
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手动方式进行本地OS开发环境配置
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注：如果是本地的ubuntu中建立开发环境，可在shell中执行 ``make ubuntu_local_setenv`` 来快速安装配置开发环境（执行``sudo``需要root权限，仅需要执行一次）。
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当然，也可以通过如下详细介绍，一步一步地手动配置开发环境。
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Windows10 用户可以通过系统内置的 **WSL2** 虚拟机（请不要使用 WSL1）来安装 Ubuntu 18.04 / 20.04 。读者请自行在互联网上搜索相关安装教程，或 `适用于 Linux 的 Windows 子系统安装指南 (Windows 10) <https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/wsl/install-win10#step-4---download-the-linux-kernel-update-package>`_ 。
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使用 macOS 进行实验理论上也是可行的，但本章节仅介绍 Ubuntu 下的环境配置方案。
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.. note::
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经初步测试，使用 M1 芯片的 macOS 也可以运行本实验的框架，即我们的实验对平台的要求不是很高。但我们仍建议同学配置 Ubuntu 环境，以避免未知的环境问题。
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Rust 开发环境配置
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首先安装 Rust 版本管理器 rustup 和 Rust 包管理器 cargo，可以使用官方安装脚本：
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.. code-block:: bash
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curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh
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如果因网络问题通过命令行下载脚本失败了，可以在浏览器地址栏中输入 `<https://sh.rustup.rs>`_ 将脚本下载到本地运行。或者使用字节跳动提供的镜像源。
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建议将 rustup 的镜像地址修改为中科大的镜像服务器，以加速安装：
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.. code-block:: bash
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export RUSTUP_DIST_SERVER=https://mirrors.ustc.edu.cn/rust-static
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export RUSTUP_UPDATE_ROOT=https://mirrors.ustc.edu.cn/rust-static/rustup
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curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh
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或者使用 tuna 源来加速（建议清华同学在校园网中使用） `参见 rustup 帮助 <https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/rustup/>`_：
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.. code-block:: bash
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export RUSTUP_UPDATE_ROOT=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/rustup/rustup
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export RUSTUP_DIST_SERVER=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/rustup
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curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh
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也可以设置科学上网代理：
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.. code-block:: bash
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# e.g. Shadowsocks 代理，请根据自身配置灵活调整下面的链接
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export https_proxy=http://127.0.0.1:1080
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export http_proxy=http://127.0.0.1:1080
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export ftp_proxy=http://127.0.0.1:1080
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安装中全程选择默认选项即可。
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安装完成后，我们可以重新打开一个终端来让新设置的环境变量生效，也可以手动将环境变量设置应用到当前终端，
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只需输入以下命令：
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.. code-block:: bash
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source $HOME/.cargo/env
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确认一下我们正确安装了 Rust 工具链：
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.. code-block:: bash
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rustc --version
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最好把 Rust 包管理器 cargo 镜像地址 crates.io 也替换成中国科学技术大学的镜像服务器，来加速三方库的下载。
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打开或新建 ``~/.cargo/config`` 文件，并把内容修改为：
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.. code-block:: toml
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[source.crates-io]
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registry = "https://github.com/rust-lang/crates.io-index"
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replace-with = 'ustc'
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[source.ustc]
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registry = "git://mirrors.ustc.edu.cn/crates.io-index"
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同样，也可以使用tuna源 `参见 crates.io 帮助 <https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/crates.io-index.git/>`_：
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.. code-block:: toml
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[source.crates-io]
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replace-with = 'tuna'
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[source.tuna]
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registry = "https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/crates.io-index.git"
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推荐 Visual Studio Code 搭配 rust-analyzer 和 RISC-V Support 插件 进行代码阅读和开发。
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也可采用 JetBrains Clion + Rust插件进行代码阅读和开发。
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.. note::
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* JetBrains Clion是付费商业软件，但对于学生和教师，只要在 JetBrains 网站注册账号，可以享受一定期限（半年左右）的免费使用的福利。
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* Visual Studio Code 是开源软件。
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* 当然，采用 VIM，Emacs 等传统的编辑器也是没有问题的。
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Qemu 模拟器安装
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我们需要使用 Qemu 7.0.0 以上版本进行实验，为此，从源码手动编译安装 Qemu 模拟器：
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.. code-block:: bash
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# 安装编译所需的依赖包
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sudo apt install autoconf automake autotools-dev curl libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev \
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gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc \
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zlib1g-dev libexpat-dev pkg-config libglib2.0-dev libpixman-1-dev git tmux python3 ninja-build
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# 下载源码包
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# 如果下载速度过慢可以使用我们提供的百度网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1z-iWIPjxjxbdFS2Qf-NKxQ
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# 提取码 8woe
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wget https://download.qemu.org/qemu-7.0.0.tar.xz
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# 解压
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tar xvJf qemu-7.0.0.tar.xz
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# 编译安装并配置 RISC-V 支持
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cd qemu-7.0.0
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./configure --target-list=riscv64-softmmu,riscv64-linux-user
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make -j$(nproc)
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.. note::
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注意，上面的依赖包可能并不完全，比如在 Ubuntu 18.04 上：
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- 出现 ``ERROR: pkg-config binary 'pkg-config' not found`` 时，可以安装 ``pkg-config`` 包；
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- 出现 ``ERROR: glib-2.48 gthread-2.0 is required to compile QEMU`` 时，可以安装
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``libglib2.0-dev`` 包；
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- 出现 ``ERROR: pixman >= 0.21.8 not present`` 时，可以安装 ``libpixman-1-dev`` 包。
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另外一些 Linux 发行版编译 Qemu 的依赖包可以从 `这里 <https://risc-v-getting-started-guide.readthedocs.io/en/latest/linux-qemu.html#prerequisites>`_
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找到。请自行选择合适的编译器版本正常编译 Qemu。
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之后我们可以在同目录下 ``sudo make install`` 将 Qemu 安装到 ``/usr/local/bin`` 目录下，但这样经常会引起
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冲突。个人来说更习惯的做法是，编辑 ``~/.bashrc`` 文件（如果使用的是默认的 ``bash`` 终端），在文件的末尾加入
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几行：
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.. code-block:: bash
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# 请注意，qemu-7.0.0 的父目录可以随着你的实际安装位置灵活调整
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export PATH=$PATH:/home/shinbokuow/Downloads/built/qemu-7.0.0
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export PATH=$PATH:/home/shinbokuow/Downloads/built/qemu-7.0.0/riscv64-softmmu
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export PATH=$PATH:/home/shinbokuow/Downloads/built/qemu-7.0.0/riscv64-linux-user
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随后即可在当前终端 ``source ~/.bashrc`` 更新系统路径，或者直接重启一个新的终端。
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确认 Qemu 的版本：
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.. code-block:: bash
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qemu-system-riscv64 --version
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qemu-riscv64 --version
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试运行 rCore-Tutorial
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基于Github Classroom 模式
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.. code-block:: bash
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$ git clone ``Github-Classroom帮你生成的某个OS实验的仓库``
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$ cd ``刚克隆的本地某个OS实验的仓库``
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$ make setupclassroom_``实验编号`` //注意：这一步很重要，是用于github classroom自动评测你的工作。这一步只需在首次克隆项目仓库时执行一次，以后一般就不用执行了，除非 .github/workflows/classroom.yml发生了变化。实验编号是与某个实验匹配的编号
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.. note::
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实验名称 ：实验编号
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- lab0-0 : test1
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- lab0-1：test2
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- lab1：test3
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- lab2：test4
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- lab3：test5
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- lab4：test6
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- lab5：test8
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我们先运行不需要处理用户代码的裸机操作系统 ``os1`` ：
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.. code-block:: bash
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cd os1
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LOG=DEBUG make run
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如果你的环境配置正确，你应当会看到如下输出：
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.. code-block:: bash
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[rustsbi] RustSBI version 0.2.2, adapting to RISC-V SBI v1.0.0
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.______ __ __ _______.___________. _______..______ __
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| _ \ | | | | / | | / || _ \ | |
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| |_) | | | | | | (----`---| |----`| (----`| |_) || |
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| / | | | | \ \ | | \ \ | _ < | |
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| |\ \----.| `--' |.----) | | | .----) | | |_) || |
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| _| `._____| \______/ |_______/ |__| |_______/ |______/ |__|
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[rustsbi] Implementation : RustSBI-QEMU Version 0.1.1
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[rustsbi] Platform Name : riscv-virtio,qemu
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[rustsbi] Platform SMP : 1
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[rustsbi] Platform Memory : 0x80000000..0x88000000
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[rustsbi] Boot HART : 0
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[rustsbi] Device Tree Region : 0x87000000..0x87000ef2
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[rustsbi] Firmware Address : 0x80000000
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[rustsbi] Supervisor Address : 0x80200000
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[rustsbi] pmp01: 0x00000000..0x80000000 (-wr)
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[rustsbi] pmp02: 0x80000000..0x80200000 (---)
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[rustsbi] pmp03: 0x80200000..0x88000000 (xwr)
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Hello, world!
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[DEBUG] .rodata [0x80203000, 0x80205000)
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[ INFO] .data [0x80205000, 0x80206000)
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[ WARN] boot_stack [0x80206000, 0x80216000)
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[ERROR] .bss [0x80216000, 0x80217000)
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Panicked at src/main.rs:48 Shutdown machine!
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通常 rCore 会自动关闭 Qemu 。如果在某些情况下需要强制结束，可以先按下 ``Ctrl+A`` ，再按下 ``X`` 来退出 Qemu。
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.. attention::
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请务必执行 ``make run``，这将为你安装一些上文没有提及的 Rust 包依赖。
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如果卡在了
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.. code-block::
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Updating git repository `https://github.com/rcore-os/riscv`
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请通过更换 hosts 等方式解决科学上网问题，或者将 riscv 项目下载到本地，并修改 os/Cargo.toml 中的 riscv 包依赖路径
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.. code-block::
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[dependencies]
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riscv = { path = "YOUR riscv PATH", features = ["inline-asm"] }
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恭喜你完成了实验环境的配置，可以开始阅读教程的正文部分了！
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GDB 调试支持*
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.. attention::
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使用 GDB debug 并不是必须的，你可以暂时跳过本小节。
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在 ``os`` 目录下 ``make debug`` 可以调试我们的内核，这需要安装终端复用工具 ``tmux`` ，还需要基于 riscv64 平台的 gdb 调试器 ``riscv64-unknown-elf-gdb`` 。该调试器包含在 riscv64 gcc 工具链中，工具链的预编译版本可以在如下链接处下载：
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- `Ubuntu 平台 <https://static.dev.sifive.com/dev-tools/riscv64-unknown-elf-gcc-8.3.0-2020.04.1-x86_64-linux-ubuntu14.tar.gz>`_
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- `macOS 平台 <https://static.dev.sifive.com/dev-tools/riscv64-unknown-elf-gcc-8.3.0-2020.04.1-x86_64-apple-darwin.tar.gz>`_
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||||
- `Windows 平台 <https://static.dev.sifive.com/dev-tools/riscv64-unknown-elf-gcc-8.3.0-2020.04.1-x86_64-w64-mingw32.zip>`_
|
||||
- `CentOS 平台 <https://static.dev.sifive.com/dev-tools/riscv64-unknown-elf-gcc-8.3.0-2020.04.1-x86_64-linux-centos6.tar.gz>`_
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解压后在 ``bin`` 目录下即可找到 ``riscv64-unknown-elf-gdb`` 以及另外一些常用工具 ``objcopy/objdump/readelf`` 等。
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# uCore-Tutorial-Code
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Course project for THU-OS.
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Reference in New Issue