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应用程序执行环境与平台支持
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.. toctree::
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:hidden:
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:maxdepth: 5
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执行应用程序
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我们先从最简单的 Rust ``Hello, world`` 程序开始，用 Cargo 工具创建 Rust 项目。
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.. code-block:: console
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$ cargo new os
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此时，项目的文件结构如下：
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.. code-block:: console
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$ tree os
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os
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├── Cargo.toml
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└── src
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└── main.rs
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1 directory, 2 files
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其中 ``Cargo.toml`` 中保存了项目的库依赖、作者信息等。
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cargo 为我们准备好了 ``Hello world!`` 源代码：
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.. code-block:: rust
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:linenos:
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:caption: 最简单的 Rust 应用
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fn main() {
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println!("Hello, world!");
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}
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输入 ``cargo run`` 构建并运行项目：
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.. code-block:: console
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Compiling os v0.1.0 (/home/shinbokuow/workspace/v3/rCore-Tutorial-v3/os)
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Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 1.15s
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Running `target/debug/os`
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Hello, world!
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我们在屏幕上看到了一行 ``Hello, world!`` ，但为了打印出 ``Hello, world!``，我们需要的不止几行源代码。
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理解应用程序执行环境
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在现代通用操作系统（如 Linux）上运行应用程序，需要多层次的执行环境栈支持：
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.. figure:: app-software-stack.png
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:align: center
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应用程序执行环境栈：图中的白色块自上而下表示各级执行环境，黑色块则表示相邻两层执行环境之间的接口。
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下层作为上层的执行环境，支持上层代码运行。
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我们的应用程序通过调用标准库或第三方库提供的接口，仅需少量源代码就能完成复杂的功能；
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``Hello, world!`` 程序调用的 ``println!`` 宏就是由 Rust 标准库 std 和 GNU Libc 等提供的。
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这些库属于应用程序的 **执行环境** (Execution Environment)，而它们的实现又依赖于操作系统提供的系统调用。
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平台与目标三元组
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编译器在编译、链接得到可执行文件时需要知道，程序要在哪个 **平台** (Platform) 上运行，
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**目标三元组** (Target Triplet) 描述了目标平台的 CPU 指令集、操作系统类型和标准运行时库。
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我们研究一下现在 ``Hello, world!`` 程序的目标三元组是什么：
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.. code-block:: console
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$ rustc --version --verbose
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rustc 1.61.0-nightly (68369a041 2022-02-22)
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binary: rustc
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commit-hash: 68369a041cea809a87e5bd80701da90e0e0a4799
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commit-date: 2022-02-22
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host: x86_64-unknown-linux-gnu
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release: 1.61.0-nightly
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LLVM version: 14.0.0
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其中 host 一项表明默认目标平台是 ``x86_64-unknown-linux-gnu``，
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CPU 架构是 x86_64，CPU 厂商是 unknown，操作系统是 linux，运行时库是 gnu libc。
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接下来，我们希望把 ``Hello, world!`` 移植到 RICV 目标平台 ``riscv64gc-unknown-none-elf`` 上运行。
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.. note::
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``riscv64gc-unknown-none-elf`` 的 CPU 架构是 riscv64gc，厂商是 unknown，操作系统是 none，
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elf 表示没有标准的运行时库。没有任何系统调用的封装支持，但可以生成 ELF 格式的执行程序。
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我们不选择有 linux-gnu 支持的 ``riscv64gc-unknown-linux-gnu``，是因为我们的目标是开发操作系统内核，而非在 linux 系统上运行的应用程序。
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修改目标平台
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将程序的目标平台换成 ``riscv64gc-unknown-none-elf``，试试看会发生什么：
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.. code-block:: console
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$ cargo run --target riscv64gc-unknown-none-elf
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Compiling os v0.1.0 (/home/shinbokuow/workspace/v3/rCore-Tutorial-v3/os)
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error[E0463]: can't find crate for `std`
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= note: the `riscv64gc-unknown-none-elf` target may not be installed
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报错的原因是目标平台上确实没有 Rust 标准库 std，也不存在任何受 OS 支持的系统调用。
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这样的平台被我们称为 **裸机平台** (bare-metal)。
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幸运的是，除了 std 之外，Rust 还有一个不需要任何操作系统支持的核心库 core，
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它包含了 Rust 语言相当一部分核心机制，可以满足本门课程的需求。
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有很多第三方库也不依赖标准库 std，而仅仅依赖核心库 core。
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为了以裸机平台为目标编译程序，我们要将对标准库 std 的引用换成核心库 core。 |