MyOS ARM64

这是一个基于 ARM64 架构的裸机操作系统项目，支持 QEMU virt 平台。

项目特性

• 架构: ARM64 (AArch64)，QEMU virt 平台
• 内存管理: Buddy 物理分配器 + Slab 内核堆 + vmap/vmalloc + VMA 进程地址空间 + COW
• 进程调度: 多级优先级队列、时间片轮转、fork/execve/wait4、Zombie 回收
• 文件系统: FAT32 读写（创建/删除/截断/重定向）、VFS 抽象层
• 信号: 位图信号量 pending/blocked/handler、用户态信号帧传递
• Shell: cat/mkdir/rm/touch 内置命令、> 重定向、外部命令执行
• 驱动: UART、GICv2 中断控制器、ARM Generic Timer、Virtio-blk、FDT 设备树
• 混合编程: C 编写底层（MMU、中断、Buddy、Slab）、Rust 编写上层（调度、VFS、信号、Shell）

编译说明

环境要求

1. 交叉编译工具链

根据您的操作系统，需要安装以下工具链之一：

Windows (推荐):

ARM GNU Toolchain: aarch64-none-elf-gcc

• 下载地址: https://developer.arm.com/downloads/-/arm-gnu-toolchain-downloads

Ubuntu/Linux:

sudo apt-get install gcc-aarch64-linux-gnu binutils-aarch64-linux-gnu

Termux (Android):

pkg install clang lld

2. QEMU 模拟器

Windows:

• 下载 QEMU for Windows: https://www.qemu.org/download/#windows
• 或使用 MSYS2: pacman -S mingw-w64-x86_64-qemu

Ubuntu/Linux:

sudo apt-get install qemu-system-arm

Termux:

pkg install qemu-system-aarch64

3. 设备树编译器 (可选)

# Ubuntu/Linux
sudo apt-get install device-tree-compiler

# Windows (MSYS2)
pacman -S dtc

编译命令

基本编译

# 编译内核 ELF 文件
make

# 或使用多线程加速编译
make -j4

运行 QEMU

# 正常运行
make run

# GDB 调试（阻塞等待）
make debug

# GDB 调试（不阻塞）
make debug-no-suspend

# 串口独立调试
make serial

生成设备树

# 导出 QEMU 设备树并转换为 DTS
make dtb

清理编译结果

# 清理编译生成的文件
make clean

# 清理设备树文件
make clean-dtb

查看 ELF 信息

# 查看 ELF 文件段信息
make readelf-l

# 查看 ELF 文件节信息
make readelf-S

# 查看 ELF 文件符号表
make readelf-s

# 查看所有 ELF 信息
make readelf

编译选项

架构选择

默认编译 ARM64 架构，可以通过命令行指定：

make ARCH=arm64

功能配置

项目支持通过 config.mk 文件进行条件编译，可以启用或禁用特定功能。

编译输出

编译完成后，生成的文件位于 build/ 目录：

• build/kernel.elf - ELF 格式的内核镜像（默认目标）
• build/kernel.img - 二进制格式的内核镜像

调试

GDB 调试

1. 启动 QEMU 调试模式：

make debug

1. 在另一个终端启动 GDB：

aarch64-none-elf-gdb build/kernel.elf

1. 在 GDB 中连接 QEMU：

target remote localhost:1234

常见问题

1. 找不到交叉编译器

确保交叉编译器已安装，并且路径已添加到系统 PATH 环境变量中。

Windows: 将 aarch64-none-elf-gcc 的 bin 目录添加到 PATH

Linux: 确保 gcc-aarch64-linux-gnu 已正确安装

2. 多线程编译失败

如果遇到目录创建错误，可以尝试：

# 先创建目录
make build_dir

# 再编译
make -j4

3. QEMU 无法启动

确保 QEMU 已正确安装，并且路径已添加到系统 PATH 环境变量中。

Rust 开发指南

环境要求

本项目基于 Rust 1.95.0 stable 开发，支持 Windows、Linux 和 Termux 环境。

Windows / Linux

推荐使用 rustup 安装 Rust 工具链：

# 安装 Rust（如果没有）
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

# 安装 ARM64-none-none 目标（裸机目标）
rustup target add aarch64-unknown-none

# 安装 LLVM 工具（用于链接）
rustup component add llvm-tools-preview

# 验证安装
rustc --version
cargo --version
rustup target list --installed

Termux (Android)

Termux 没有 rustup，需要从项目分支安装 target：

# 克隆 rust-lib 分支
git clone -b rust-lib https://github.com/2312469331/myos-arm64.git

# 切换分支
cd myos-arm64
git checkout rust-lib

# 执行安装脚本
bash install-none.sh

# 或手动设置
# cp -r none-* ~/.rustup/toolchains/*/lib/rustlib/

Rust 代码结构

rust/
├── src/
│   ├── lib.rs          # 库入口（包含 rust_main）
│   ├── allocator.rs    # 全局内存分配器
│   ├── ffi.rs         # FFI 接口定义
│   ├── irq.rs         # 中断管理接口
│   └── ...
├── Cargo.toml          # Rust 项目配置
├── build.rs            # 构建脚本
└── install-none.sh     # Termux 安装脚本

Rust 编译命令

# 编译 Rust 代码
cd rust
cargo build

# 清理 Rust 编译结果
cargo clean

# 查看 Rust 代码大小
cargo size --release 2>/dev/null || echo "Build required first"

Rust 语言项要求

由于本项目使用 #![no_std] 和 #![no_main]，需要定义以下语言项：

// #[panic_handler] - 必须：处理所有 panic 情况
#[panic_handler]
fn panic(info: &core::panic::PanicInfo) -> ! {
    // 打印错误信息并进入死循环
    loop {}
}

// #[lang = "eh_personality"] - 必须：异常处理 personality 函数
#[lang = "eh_personality"]
extern "C" fn eh_personality() {}

// #[global_allocator] - 可选：自定义全局内存分配器
#[global_allocator]
static ALLOCATOR: KernelAllocator = KernelAllocator;

内存分配策略

Rust 分配器对接 C 的 kmalloc/kfree：

1. ≤ 64KB: 走 C 侧 kmalloc → Slab 或 large_alloc
2. > 64KB: 直接走 Buddy 分配物理页
3. 失败: 返回 NULL 触发 alloc_error（目前不处理，直接 panic）

FFI 接口

Rust 代码通过 FFI 调用 C 函数：

// 声明 FFI 函数
unsafe extern "C" {
    fn c_print_str(s: *const c_char);
    fn rust_kmalloc(size: usize) -> *mut u8;
    fn rust_kfree(ptr: *mut u8, size: usize);
}

常见问题

1. Rust 编译错误：unknown target aarch64-unknown-none

# 添加 ARM64 裸机目标
rustup target add aarch64-unknown-none

2. 链接错误：rust_main 符号未找到

确保在 main.c 中调用了 rust_main()：

extern void rust_main(void);
rust_main();

3. 内存分配失败导致 panic

检查 C 侧的 rust_kmalloc 是否正确实现，确保内存分配器已初始化。

相关文档

• Rust 语法说明 - Rust 1.95.0 裸机开发语法特性
• GIC 中断说明 - GICv2 中断控制器配置

项目结构

myos-arm64/
├── arch/arm64/          # ARM64 启动代码 + 异常向量表 + MMU 页表操作
│   ├── boot/           # boot.S + link.ld + vector.S
│   ├── Core/           # CMSIS-Core 代码
│   └── device/         # 设备初始化
├── kernel/              # C 内核（内存分配器 + 缺页处理 + 驱动）
│   ├── main.c          # 主函数
│   ├── pmm.c           # Buddy 物理内存分配器
│   ├── slab.c          # Slab 内核堆分配器
│   ├── mmu.c           # 页表映射（arm64_map_one_page）
│   ├── vmalloc.c       # vmalloc 内核虚拟内存
│   ├── vmap.c          # vmap 红黑树+链表区间管理
│   ├── page_fault.c    # COW + 按需缺页处理
│   └── ...
├── rust/src/            # Rust 上层（调度 + VFS + 信号 + syscall + Shell）
│   ├── kernel/
│   │   ├── scheduler.rs  # 进程调度 + rust_main
│   │   ├── task.rs       # PCB + fork/exit/wait4
│   │   ├── syscall.rs    # 30+ 系统调用
│   │   ├── elf.rs        # ELF 加载器
│   │   ├── fs/           # VFS + FAT32 驱动
│   │   ├── mm.rs         # VMA 地址空间管理
│   │   ├── signal.rs     # 信号位图
│   │   ├── tty.rs        # TTY 输入环形缓冲
│   │   ├── virtio.rs     # Virtio-blk 驱动
│   │   └── wait.rs       # 等待队列
│   ├── arch/aarch64/     # TaskContext + context_switch
│   └── allocator.rs      # 全局分配器（对接 C kmalloc）
├── driver/              # C 驱动
│   ├── uart.c           # UART 串口
│   ├── gic.c            # GICv2 中断控制器
│   ├── timer.c          # Cortex-A53 定时器
│   └── fdt/             # FDT 设备树解析
├── user_bin/            # 用户态程序
│   ├── shell.c          # Shell（cat/mkdir/rm/touch/重定向）
│   └── echo.S           # 测试 ELF
├── include/             # C 头文件
└── doc/                 # 文档

文档

• FDT 库使用说明
• Rust 语法说明
• GIC 中断说明
• 定时器说明

许可证

本项目采用 MIT 许可证。

贡献

欢迎提交 Issue 和 Pull Request！