# kuya **Repository Path**: iloverust/kuya ## Basic Information - **Project Name**: kuya - **Description**: Kuya（酷雅）是一个创新的操作系统框架项目，旨在结合多种先进架构思想，提供既安全又高效的系统平台。项目采用框内核架构设计，将系统分为两个主要部分：使用Zig语言实现的exokernel框架和使用Rust语言安全部分实现的服务层，确保系统的高性能与内存安全。kuya的可信基比Asterinas的要小得多，只有100行代码左右。 - **Primary Language**: Unknown - **License**: MulanPSL-2.0 - **Default Branch**: master - **Homepage**: None - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 1 - **Forks**: 0 - **Created**: 2025-09-28 - **Last Updated**: 2025-10-04 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: 酷雅 ## README # Kuya 项目 基于框内核架构的安全操作系统框架，融合Zig语言的exokernel和Rust语言的安全服务层，提供高性能与内存安全保障。 ## 项目概述 Kuya（酷雅）是一个创新的操作系统框架项目，旨在结合多种先进架构思想，提供既安全又高效的系统平台。项目采用框内核架构设计，将系统分为两个主要部分：使用Zig语言实现的exokernel框架和使用Rust语言安全部分实现的服务层，确保系统的高性能与内存安全。 ## 架构设计 ### 框内核架构 Kuya系统采用类似Asterinas（星绽OS）的框内核架构，这种架构结合了宏内核和微内核的优势： 1. **OS框架部分**：使用Zig语言实现的exokernel，提供底层硬件抽象和核心功能，允许有限使用unsafe代码以获取最高性能 2. **OS服务部分**：使用Rust语言安全部分实现的各种系统服务，必须完全基于safe Rust编写，确保内存安全和可靠性 这种设计使得系统的内存安全性仅需依赖于一个极小范围内的代码（可信基），同时无需引入额外的硬件隔离和性能开销。kuya的可信基比Asterinas的要小得多，只有100行代码左右。 ### 核心组件 - **bootloader**：基于Rust语言的系统引导加载器，负责系统初始化和硬件驱动管理 - **exokernel**：基于Zig语言的底层内核框架，提供原始硬件访问和核心功能 - **safe_ffi**：安全的FFI接口库，实现Zig和Rust之间的安全通信 - **safe_services**：使用Rust语言实现的系统服务集合，包括内存、进程、文件系统等多种服务 - **kuikly_UI**：用户界面系统，提供图形交互能力 ## 项目结构 ``` kuya/ ├── README.md # 项目说明文档 ├── Cargo.toml # Rust工作空间配置文件 ├── Cargo.lock # Rust依赖锁定文件 ├── zoi.yaml # Zoi包管理器配置文件 ├── bootloader/ # 系统引导加载器 │ ├── Cargo.toml # bootloader项目配置 │ ├── main.rs # 引导程序主入口 │ ├── allocator.rs # 内存分配器实现 │ ├── linker.ld # 链接器脚本 │ └── drivers/ # 硬件驱动程序 │ ├── mod.rs # 驱动模块定义 │ ├── audio.rs # 音频驱动 │ ├── battery.rs # 电池管理驱动 │ ├── clocks.rs # 时钟驱动 │ ├── communication.rs # 通信驱动 │ ├── display.rs # 显示驱动 │ ├── gpio.rs # GPIO驱动 │ ├── sensors.rs # 传感器驱动 │ ├── storage.rs # 存储驱动 │ └── touchscreen.rs # 触摸屏驱动 ├── exokernel/ # 使用Zig语言实现的exokernel框架 │ ├── build.zig # Zig构建脚本 │ └── src/ # exokernel源代码 ├── kuikly_UI/ # 用户界面系统 │ ├── .gitignore # Git忽略文件配置 │ ├── build.gradle.kts # 构建脚本 │ ├── icons/ # 图标资源 │ └── src/ # UI源代码 ├── safe_ffi/ # 安全FFI实现库 │ ├── .gitignore # Git忽略文件配置 │ ├── Cargo.toml # Rust项目配置 │ ├── mk.deps # 依赖管理文件 │ └── src/ # FFI接口源代码 │ ├── callback/ # 回调机制实现 │ ├── core/ # 核心FFI功能 │ ├── drivers/ # 驱动接口 │ ├── exokernel/ # exokernel接口 │ ├── memory/ # 内存管理接口 │ └── utils/ # 工具函数 ├── safe_services/ # Rust安全服务层 │ ├── Cargo.toml # Rust项目配置 │ ├── examples/ # 使用示例代码 │ │ ├── zoi_integration_example.rs # Zoi集成示例 │ │ └── unigetui_integration_example.rs # UniGetUI集成示例 │ └── src/ # 服务实现源代码 │ ├── lib.rs # 服务管理器和核心功能 │ ├── zoi_service.rs # Zoi服务实现 │ └── unigetui_service.rs # UniGetUI服务实现 └── target/ # Rust编译输出目录 └── debug/ # 调试版本输出 ├── build/ # 构建缓存 ├── examples/ # 示例程序输出 └── incremental/ # 增量编译缓存 ``` ## Bootloader组件 Kuya系统的bootloader是基于Rust语言实现的系统引导加载器，负责系统的初始化和硬件抽象层的建立。 ### 主要功能 - **系统初始化**：负责系统启动时的基础环境设置 - **内存管理**：提供早期内存分配器实现（allocator.rs） - **硬件驱动管理**：集成多种硬件驱动程序，为上层系统提供硬件抽象 - **链接器配置**：通过linker.ld定义内存布局和启动流程 ### 硬件驱动支持 bootloader集成了丰富的硬件驱动程序： - **音频驱动(audio.rs)**：音频设备控制和音频流处理 - **电池管理(battery.rs)**：电源管理和电池状态监控 - **时钟驱动(clocks.rs)**：系统时钟和定时器管理 - **通信驱动(communication.rs)**：串口、I2C、SPI等通信接口 - **显示驱动(display.rs)**：显示设备控制和图形输出 - **GPIO驱动(gpio.rs)**：通用输入输出引脚控制 - **传感器驱动(sensors.rs)**：各类传感器数据采集 - **存储驱动(storage.rs)**：存储设备访问和文件系统支持 - **触摸屏驱动(touchscreen.rs)**：触摸输入设备支持 ### 工作空间配置 项目根目录的Cargo.toml定义了Rust工作空间配置，将safe_ffi和safe_services作为工作空间成员，实现统一的依赖管理和构建流程。工作空间配置包括： - **开发配置**：启用调试信息，优化级别为0 - **发布配置**：最高优化级别，启用LTO和符号剥离 - **项目元数据**：包含项目名称、描述、版本和许可证信息 ## 系统服务 Kuya系统包含多种核心服务，所有服务均通过能力系统进行资源访问控制： ### 基础服务 - **内存服务(MemoryService)**：管理系统内存资源，提供安全的内存分配和释放功能 - **进程服务(ProcessService)**：负责进程创建、调度和管理 - **文件系统服务(FileSystemService)**：提供文件和目录操作功能 - **网络服务(NetworkService)**：处理网络通信和协议栈 ### 图形与用户界面服务 - **图形服务(GraphicsService)**：提供基础图形渲染功能 - **Vulkan服务(VulkanService)**：GPU加速图形渲染服务 - **Skia服务(SkiaService)**：2D图形绘制服务 - **Wayland服务(WaylandService)**：窗口系统协议实现 - **Kuikly UI服务(KuiklyUIService)**：高级UI组件和交互服务 - **图形子系统(GraphicsSubsystem)**：整合图形相关服务，提供统一接口 ### 扩展服务 - **Shell服务(ShellService)**：提供zsh集成功能 - **Zed服务(ZedService)**：文本编辑器服务 - **RustFS服务(RustFSService)**：基于Rust的文件系统实现 - **IPC服务(IPCService)**：进程间通信机制，提供高性能与可靠性的双IPC通信框架 - 实现了共享内存通道(SharedMemoryChannel)和消息队列通道(MessageQueueChannel)双机制 - 支持系统内存和GPU内存分配管理，通过混合内存管理器(HybridMemoryManager)优化性能 - 提供信号量(Semaphore)和管道(Pipe)等同步原语 - 集成完整的IPC统计系统，包括通道创建/关闭计数、消息发送/接收统计、错误计数和性能监控 - 支持同步和异步通信模式，支持基于事件的通信机制 - 支持基于Capability的访问控制，确保只有授权进程能够访问特定通信通道 - 支持内存隔离和边界检查，防止缓冲区溢出攻击 - **Zoi服务(ZoiService)**：包管理器服务，支持多种包管理器 - 支持Zoi包管理器(Zoi)和UniGetUI包管理器(UniGetUI) - **UniGetUI服务(UniGetUIService)**：统一包管理接口服务，支持管理多种包管理器 - **驱动服务(DriverService)**：设备驱动管理 ## IPC服务详细说明 ### 架构设计 Kuya项目的IPC服务采用了分层架构设计，主要包含以下核心组件： - **接口层**：定义了`IPCChannel`和`MessagePort`两个核心trait，为上层应用提供统一的通信接口 - **实现层**：提供了共享内存和消息队列两种通信实现，分别适用于不同场景 - **内存管理层**：实现了多种内存分配策略，包括`RadixTreeMemoryManager`和`HybridMemoryManager` - **同步原语层**：提供信号量和管道等基础同步机制 ### 双IPC机制实现 #### 共享内存通道 共享内存通道是Kuya IPC服务的高性能通信机制，主要特点包括： - 基于环形缓冲区(RingBuffer)实现，支持高效的数据传输 - 通过`SharedMemoryRegion`管理跨进程共享内存 - 提供零拷贝数据传输能力，最大限度减少数据复制开销 - 适用于高频、大数据量的进程间通信场景 #### 消息队列通道 消息队列通道提供了更可靠的通信保障，主要特点包括： - 实现了消息的排队、优先级处理和确认机制 - 确保消息的可靠投递，支持消息持久化 - 提供更灵活的消息格式支持 - 适用于需要高可靠性、消息顺序保证的通信场景 ### 内存管理设计 Kuya IPC服务实现了灵活高效的内存管理机制： - **混合内存管理**：通过`HybridMemoryManager`智能管理系统内存和GPU内存 - **内存偏好设置**：支持根据应用需求设置内存分配偏好 - **内存统计与监控**：集成内存使用量、分配/释放次数等统计信息 ### 安全特性 IPC服务集成了多重安全保障机制： - 基于Capability的访问控制，确保只有授权进程能够访问特定通信通道 - 实现了内存隔离和边界检查，防止缓冲区溢出攻击 - 支持加密通信选项，保障数据传输安全 ### 性能监控 为帮助开发者优化应用性能，IPC服务提供了全面的性能监控能力： - **通道统计**：记录通道创建、连接、关闭等生命周期事件 - **消息统计**：统计消息发送、接收的数量、大小和延迟 - **错误统计**：跟踪各类IPC错误的发生频率和分布 - **资源使用监控**：监控内存、CPU等资源使用情况 ### 核心API接口 IPC服务提供了丰富的API接口，主要包括： #### 通道管理 - `create_shared_memory_channel()`：创建共享内存通信通道 - `create_message_queue_channel()`：创建消息队列通信通道 - `connect_channel()`：连接到已存在的通信通道 - `close_channel()`：关闭通信通道 - `list_channels()`：列出所有活动的通信通道 #### 数据传输 - `send()`：同步发送数据 - `send_async()`：异步发送数据 - `receive()`：同步接收数据 - `receive_async()`：异步接收数据 #### 资源管理 - `allocate_memory()`：分配IPC通信所需的内存 - `free_memory()`：释放已分配的内存 - `set_memory_preference()`：设置内存分配偏好 ### 与安全服务层集成 IPC服务作为安全服务层的核心组件，通过以下方式与其他组件集成： - 通过`ServiceManager`进行统一管理，与其他系统服务协同工作 - 利用`CapabilityWrapper`实现与exokernel的安全交互 - 支持从初始能力(`get_initial_capabilities`)获取必要的系统资源访问权限 ## 技术栈 ### 编程语言 - **Rust**：用于bootloader、safe_ffi和safe_services实现，提供内存安全保证和现代语言特性 - **Zig**：用于exokernel框架实现，提供接近C的性能和更好的内存安全性 - **Kotlin**：用于kuikly_UI模块开发 ### 核心依赖 #### 构建与包管理 - **Zoi**：提供跨平台包管理和环境设置功能（版本：5.0.2-beta） ## Zoi集成 Kuya项目已集成Zoi包管理器，提供了完整的项目环境管理和自动化工作流支持。通过Zoi，您可以轻松管理项目依赖、构建环境和开发工作流。 ### Zoi服务功能 Kuya的Zoi服务提供以下核心功能： - **包管理**：安装、更新、卸载和管理各种包依赖 - **依赖解析**：自动处理复杂的依赖关系图 - **环境设置**：配置和管理项目开发环境 - **构建自动化**：提供统一的构建命令和工作流 - **工作流编排**：定义和执行复杂的开发工作流 ### Zoi配置文件 项目根目录下的`zoi.yaml`文件定义了完整的项目环境配置： - **系统依赖**：确保开发环境中的基础软件已安装 - **自定义命令**：提供便捷的开发命令（构建、测试、格式化等） - **开发环境**：预定义的开发环境配置（完整构建、快速开发等） - **项目组件关系**：定义各组件之间的依赖关系 ### 使用Zoi命令 在项目根目录下，您可以使用以下Zoi命令： ```bash # 通用开发命令 zoi run clean # 清理项目构建文件 zoi run build # 构建整个项目 zoi run build-release # 构建发布版本 zoi run test # 运行项目测试 zoi run fmt # 格式化代码 zoi run lint # 运行代码检查 # 组件构建命令 zoi run build-exokernel # 构建exokernel组件 zoi run build-ui # 构建UI组件 zoi run run-services # 运行服务管理器 # 预定义环境命令 zoi run full-build # 执行完整构建环境 zoi run fast-dev # 快速开发环境 zoi run cleanup # 清理项目环境 ``` ### Zoi API集成 除了命令行工具外，Kuya还在`safe_services`模块中集成了Zoi API，允许程序直接使用Zoi的功能： ```rust // 获取Zoi服务 ezoi_service = service_manager.get_zoi_service(); // 安装包 zoi_service.lock().unwrap().install_package("package_name", false).await; // 获取已安装包列表 let packages = zoi_service.lock().unwrap().get_installed_packages().await; ``` 详细使用示例请参考`safe_services/examples/zoi_integration_example.rs`文件。 #### safe_ffi 依赖 - **lazy_static**：静态变量延迟初始化 - **thiserror**：错误处理 - **log**：日志系统 - **tokio**：异步运行时 - **arc-swap**：原子引用交换 - **serde/serde_json**：序列化和反序列化 - **sync_wrapper**：同步包装器 - **spin**：自旋锁 - **num_cpus**：CPU核心数检测 - **slab**：内存分配器 #### safe_services 依赖 - **libc**：C标准库接口 - **log/env_logger**：日志系统 - **serde/serde_json/bincode/toml**：数据序列化 - **tokio/futures**：异步编程支持 - **sysinfo**：系统信息获取 - **safe_ffi**：内部依赖，提供FFI接口 ## 安全设计 ### 能力系统 Kuya系统采用能力系统(Capability System)进行资源访问控制，确保每个服务只能访问其被授权的资源： 1. **能力包装器(CapabilityWrapper)**：安全地管理exokernel能力 2. **线程安全能力(ThreadSafeCapability)**：确保多线程环境下的能力安全访问 3. **获取与释放机制**：明确定义资源访问的生命周期 ### 内存安全 通过框内核架构和Rust语言的安全特性，Kuya系统实现了多层次的内存安全保障： 1. **OS框架隔离**：只有极小部分代码（exokernel）允许使用unsafe操作 2. **Rust安全保证**：服务层完全基于safe Rust实现，杜绝内存安全问题 3. **类型安全**：严格的类型系统确保资源访问的正确性 4. **内存管理抽象**：提供高级内存管理API，隐藏底层复杂性 ## 开发与构建 ### 构建前提条件 - **Rust工具链**：用于构建bootloader、safe_ffi和safe_services组件 - **Zig编译器**：用于构建exokernel组件 - **Kotlin编译器**：用于kuikly_UI组件开发 - **Gradle**：用于构建kuikly_UI组件 ### 构建步骤 1. 构建bootloader： ```bash cd bootloader cargo build ``` 2. 构建exokernel框架： ```bash cd ../exokernel zig build ``` 3. 构建safe_ffi库： ```bash cd ../safe_ffi cargo build ``` 4. 构建safe_services服务： ```bash cd ../safe_services cargo build ``` 5. 构建kuikly_UI： ```bash cd ../kuikly_UI gradle build ``` 或者使用工作空间统一构建（推荐）： ```bash # 在项目根目录执行 cargo build --workspace ``` ## 示例用法 Kuya系统提供了多种示例，展示如何使用系统的各项功能： - **内存管理示例**：演示安全内存分配和释放 - **进程创建示例**：展示如何创建和管理进程 - **文件操作示例**：演示文件系统服务的使用方法 - **图形渲染示例**：展示如何使用图形服务进行渲染 - **Zoi集成示例**：演示如何使用集成的Zoi服务进行包管理操作（位于`safe_services/examples/zoi_integration_example.rs`） - **UniGetUI集成示例**：演示如何使用集成的UniGetUI服务进行统一包管理操作（位于`safe_services/examples/unigetui_integration_example.rs`） ## 未来规划 Kuya项目计划在未来实现以下功能和改进： 1. **完善驱动支持**：增加更多设备驱动程序 2. **网络协议栈增强**：实现完整的TCP/IP协议栈 3. **安全增强**：添加更多安全特性和防护机制 4. **分布式扩展**：支持分布式系统功能 5. **虚拟化支持**：添加虚拟化功能 6. **更多应用示例**：提供更多应用场景的示例代码 ## 许可证 本项目采用木兰宽松许可证(MulanPSL)。 ## 贡献指南 欢迎对Kuya项目进行贡献！请遵循以下流程： 1. Fork项目仓库 2. 创建特性分支 3. 提交更改 4. 推送到远程分支 5. 创建Pull Request ## 免责声明 本项目目前处于开发阶段，不建议在生产环境中使用。 --- Kuya - 安全高效的框内核操作系统框架