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引言
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本章导读
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**批处理系统** (Batch System) 出现于计算资源匮乏的年代，其核心思想是：
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将多个程序打包到一起输入计算机；当一个程序运行结束后，计算机会 *自动* 执行下一个程序。
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应用程序难免会出错，如果一个程序的错误导致整个操作系统都无法运行，那就太糟糕了。
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*保护* 操作系统不受出错程序破坏的机制被称为 **特权级** (Privilege) 机制，
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它实现了用户态和内核态的隔离。
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本章在上一章的基础上，让我们的 OS 内核能以批处理的形式一次运行多个应用程序，同时利用特权级机制，
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令 OS 不因出错的用户态程序而崩溃。
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本章首先为批处理操作系统设计用户程序，再阐述如何将这些应用程序链接到内核中，最后介绍如何利用特权级机制处理 Trap.
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实践体验
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本章我们引入了用户程序。为了将内核与应用解耦，我们将二者分成了两个仓库，分别是存放内核程序的 ``rCore-Tutorial-Code-20xxx`` （下称代码仓库，最后几位 x 表示学期）与存放用户程序的 ``rCore-Tutorial-Test-20xxx`` （下称测例仓库）。 你首先需要进入代码仓库文件夹并 clone 用户程序仓库（如果已经执行过该步骤则不需要再重复执行）：
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.. code-block:: console
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$ git clone https://github.com/LearningOS/rust-based-os-comp2022.git
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$ cd rust-based-os-comp2022
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上面的指令会将测例仓库克隆到代码仓库下并命名为 ``user`` ，注意 ``/user`` 在代码仓库的 ``.gitignore`` 文件中，因此不会出现 ``.git`` 文件夹嵌套的问题，并且你在代码仓库进行 checkout 操作时也不会影响测例仓库的内容。
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在 qemu 模拟器上运行本章代码：
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.. code-block:: console
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$ cd os2
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$ make run LOG=INFO
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批处理系统自动加载并运行了所有的用户程序，尽管某些程序出错了：
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.. code-block::
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[rustsbi] RustSBI version 0.2.0-alpha.4
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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 0.0.1
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[rustsbi-dtb] Hart count: cluster0 with 1 cores
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[rustsbi] misa: RV64ACDFIMSU
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[rustsbi] mideleg: ssoft, stimer, sext (0x222)
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[rustsbi] medeleg: ima, ia, bkpt, la, sa, uecall, ipage, lpage, spage (0xb1ab)
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[rustsbi] pmp0: 0x80000000 ..= 0x800fffff (rwx)
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[rustsbi] pmp1: 0x80000000 ..= 0x807fffff (rwx)
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[rustsbi] pmp2: 0x0 ..= 0xffffffffffffff (---)
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[rustsbi] enter supervisor 0x80200000
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[kernel] Hello, world!
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[ INFO] [kernel] num_app = 6
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[ INFO] [kernel] app_0 [0x8020b040, 0x8020f868)
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[ INFO] [kernel] app_1 [0x8020f868, 0x80214090)
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[ INFO] [kernel] app_2 [0x80214090, 0x80218988)
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[ INFO] [kernel] app_3 [0x80218988, 0x8021d160)
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[ INFO] [kernel] app_4 [0x8021d160, 0x80221a68)
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[ INFO] [kernel] app_5 [0x80221a68, 0x80226538)
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[ INFO] [kernel] Loading app_0
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[ERROR] [kernel] PageFault in application, core dumped.
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[ INFO] [kernel] Loading app_1
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[ERROR] [kernel] IllegalInstruction in application, core dumped.
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[ INFO] [kernel] Loading app_2
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[ERROR] [kernel] IllegalInstruction in application, core dumped.
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[ INFO] [kernel] Loading app_3
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[ INFO] [kernel] Application exited with code 1234
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[ INFO] [kernel] Loading app_4
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Hello, world from user mode program!
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[ INFO] [kernel] Application exited with code 0
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[ INFO] [kernel] Loading app_5
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3^10000=5079(MOD 10007)
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3^20000=8202(MOD 10007)
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3^30000=8824(MOD 10007)
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3^40000=5750(MOD 10007)
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3^50000=3824(MOD 10007)
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3^60000=8516(MOD 10007)
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3^70000=2510(MOD 10007)
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3^80000=9379(MOD 10007)
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3^90000=2621(MOD 10007)
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3^100000=2749(MOD 10007)
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Test power OK!
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[ INFO] [kernel] Application exited with code 0
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Panicked at src/batch.rs:68 All applications completed!
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本章代码树
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.. code-block::
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── os2
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│ ├── Cargo.toml
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│ ├── Makefile (修改：构建内核之前先构建应用)
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│ ├── build.rs (新增：生成 link_app.S 将应用作为一个数据段链接到内核)
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│ └── src
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│ ├── batch.rs(新增：实现了一个简单的批处理系统)
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│ ├── console.rs
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│ ├── entry.asm
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│ ├── lang_items.rs
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│ ├── link_app.S(构建产物，由 os/build.rs 输出)
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│ ├── linker.ld
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│ ├── logging.rs
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│ ├── main.rs(修改：主函数中需要初始化 Trap 处理并加载和执行应用)
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│ ├── sbi.rs
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│ ├── sync(新增：包装了RefCell，暂时不用关心)
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│ │ ├── mod.rs
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│ │ └── up.rs
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│ ├── syscall(新增：系统调用子模块 syscall)
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│ │ ├── fs.rs(包含文件 I/O 相关的 syscall)
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│ │ ├── mod.rs(提供 syscall 方法根据 syscall ID 进行分发处理)
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│ │ └── process.rs(包含任务处理相关的 syscall)
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│ └── trap(新增：Trap 相关子模块 trap)
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│ ├── context.rs(包含 Trap 上下文 TrapContext)
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│ ├── mod.rs(包含 Trap 处理入口 trap_handler)
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│ └── trap.S(包含 Trap 上下文保存与恢复的汇编代码)
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└── user(新增：应用测例保存在 user 目录下)
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├── Cargo.toml
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├── Makefile
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└── src
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├── bin(基于用户库 user_lib 开发的应用，每个应用放在一个源文件中)
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│ ├── ...
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├── console.rs
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├── lang_items.rs
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├── lib.rs(用户库 user_lib)
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├── linker.ld(应用的链接脚本)
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└── syscall.rs(包含 syscall 方法生成实际用于系统调用的汇编指令，
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各个具体的 syscall 都是通过 syscall 来实现的)
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cloc os
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Language files blank comment code
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Rust 14 62 21 435
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Assembly 3 9 16 106
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make 1 12 4 36
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TOML 1 2 1 9
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SUM: 19 85 42 586
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