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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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.. note::
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基于github classroom的开发方式
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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 `第二个实验练习的github classroom在线邀请 <https://classroom.github.com/a/UEOvz4qO>`_ ，根据提示一路选择OK即可。
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3. 完成第二步后，你的第二个实验练习的 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. 在你的第二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. 在vscode的 `console` 中执行 `make setupclassroom_test2` （该命令仅执行一次）配置githubclassroom 自动评分功能，以后一般就不用执行了，除非 ``.github/workflows/classroom.yml`` 发生了变化。
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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，你也可以线下本地开发。
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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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本章我们引入了用户程序。
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获取本章代码：
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.. code-block:: console
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$ git clone ``gitaddr of github-classroom-build-lab0-1``
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$ cd ``github-classroom-build-lab0-1``
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$ make setupclassroom_test2 //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。
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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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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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