# Uno-OS **Repository Path**: lltsdyp/Uno-OS ## Basic Information - **Project Name**: Uno-OS - **Description**: RISCV内核比赛 - **Primary Language**: Unknown - **License**: AGPL-3.0 - **Default Branch**: master - **Homepage**: None - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 1 - **Forks**: 1 - **Created**: 2024-10-04 - **Last Updated**: 2025-01-05 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: None ## README # Uno-OS ### 所属学校：华东师范大学 ### 比赛方向：小型内核实现 ### 队伍编号：T202410269994240 ### 队伍名称：Uno-OS ### 队伍成员：季子墨、李彤 ### 指导老师：石亮 ## 简介 UNO-OS是一款RISCV平台的，宏内核操作系统，该内核部分参考了Linux和xv6的设计逻辑，同时也加入了一系列新的设计理念。 以下为Uno-OS系统的结构概览 ![system-overview](./images/system-overview.png) 详细架构如下 ``` ./kernel/ ├── boot # 启动模块 │ ├── entry.S # 用于加载start函数 │ ├── main.c # 内核入口函数，完成必要的初始化工作 │ ├── start.c # start函数，完成从M模式向S模式的跳转 │ └── Makefile ├── dev # 设备和驱动模块 │ ├── console.c # 控制台设备 │ ├── plic.c # 处理PLIC外设中断 │ ├── timer.c # 系统时钟模块 │ ├── uart.c # 处理UART外设中断 │ ├── virtio.c # qemu虚拟IO接口 │ └── Makefile ├── fs # 文件和IO模块 │ ├── bitmap.c # 文件系统中的bitmap模块 │ ├── buf.c # IO模块的缓冲层 │ ├── dir.c # 文件目录模块 │ ├── file.c # 文件结构抽象模块 │ ├── fs.c # 文件系统的管理 │ ├── inode.c # 索引节点的管理 │ └── Makefile ├── lib # 相关的实用工具库 │ ├── print.c # 打印和调试 │ ├── sleeplock.c # 睡眠锁 │ ├── spinlock.c # 自旋锁 │ ├── str.c # 字符串操作 │ └── Makefile ├── mem # 内存管理模块 │ ├── kvm.c # 内核内存管理 │ ├── mmap.c # 内存直接映射管理 │ ├── pmem.c # 物理内存分配管理 │ ├── uvm.c # 用户页表管理 │ └── Makefile ├── proc # 进程管理模块 │ ├── cpu.c # cpu管理模块 │ ├── exec.c # elf程序执行模块 │ ├── proc.c # 进程调度模块 │ ├── swtch.S # 上下文切换 │ └── Makefile ├── syscall # 系统调用管理模块 │ ├── syscall.c # 系统调用处理 │ ├── sysfile.c # 文件相关系统调用 │ ├── sysproc.c # 进程相关系统调用 │ ├── syspower.c # 电源管理相关系统调用 │ └── Makefile ├── trap # 中断处理模块 | ├── trampoline.S # 内核态和进程态切换的处理 | ├── trap_kernel.c # M模式中断处理 | ├── trap.S # 进行上下文切换相关工作 | ├── trap_user.c # S模式中断处理 | └── Makefile ├── Makefile └── kernel.ld ``` ## 开发环境 我们使用Ubuntu 22.04/Ubuntu24.04和QEMU-riscv 5.1.0开发完成 ## 运行方法 Uno-OS 系统的构建和运行相关参数写在 Makefile 中，要运行该系统，在命令行下输入： ``` bash $ make qemu ``` 即可运行系统 ## 完成情况 目前已经完成了boot模块，中断处理模块，内存管理模块，进程调度模块，文件系统模块这些操作系统所必备的模块和功能，此外，我们实现了数十条常用的系统调用。 - 中断处理模块：参考xv6中的中断处理实现，处理了时钟中断以及PLIC和CLINT中断 - 内存管理模块：实现了COW策略，设计了一个支持栈，堆和mmap的虚拟内存系统 - 进程调度模块：实现了高响应比优先（HRRN）调度算法 - 文件系统模块：实现了类似linux下ext2的文件系统，支持文件创建，删除，读写等操作 在实现上述模块的同时，为了保证系统的稳定性，我们还进行了大量的测试，包括内核态的测试和用户态的测试。 目前已实现的系统调用 ``` c int sys_exec(char* path, char** argv); // 从磁盘中加载并执行一个ELF文件 uint64 sys_brk(uint64 new_heap_top); // 扩展或收缩用户堆大小 uint64 sys_mmap(uint64 start, uint32 len); // 分配一个指定的mmap区域 uint64 sys_munmap(uint64 start, uint32 len); // 释放一个指定的mmap区域 int sys_fork(); // 完全复制当前进程的状态（除了pid） int sys_wait(void* addr); // 进程进入休眠态，等待任一子进程的退出后将其唤醒 int sys_exit(int exit_state); // 当前进程退出，如果有子进程，则将子进程交由proczero管理 int sys_sleep(uint32 seconds); // 令当前进程睡眠指定的系统时钟刻（10个系统时钟刻约为1秒） int sys_open(char* path, uint32 open_mode); // 打开或创建文件 int sys_close(int fd); // 关闭指定的文件 uint32 sys_read(int fd, uint32 len, void* addr); // 对于一个给定的文件，读取不超过指定的长度个字节到数组中 uint32 sys_write(int fd, uint32 len, const void* addr); // 对于一个给定的文件，写入不超过指定的长度个字节到文件中 uint32 sys_lseek(int fd, uint32 offset, int flags); // 设置文件偏移量 int sys_dup(int fd); // 复制文件描述符 int sys_fstat(int fd, fstat_t* state); // 获取文件信息 uint32 sys_getdir(int fd, dirent_t* addr, uint32 len); // 获取目录中的目录项 int sys_mkdir(char* path); // 根据指定的目录路径创建目录 int sys_chdir(char* path); // 修改当前工作目录 int sys_link(char* old_path, char* new_path); // 创建文件链接 int sys_unlink(char* path); // 删除文件链接，如果链接数为0则删除文件 int sys_pid(); // 获取当前进程的pid int sys_ppid(); // 获取当前进程的父进程的pid uint64 sys_time(); // 获取当前系统时间 uint64 sys_halt(); // 关机 uint64 sys_reboot(); // 重启 uint64 sys_curhide(); // 隐藏光标 uint64 sys_curshow(); // 显示光标 uint64 sys_backcolor(uint32 red,uint32 green,uint32 blue); // 设置背景颜色 uint64 sys_forecolor(uint32 red,uint32 green,uint32 blue); // 设置前景颜色 uint64 sys_clear(); // 清屏 uint64 sys_conreset(); // 重置控制台属性（颜色等） ``` ## 开发历程 截至12月24日，该系统总共经历了100余次修改（以commit次数计算）。可以参考我们的[commit记录](https://gitlab.eduxiji.net/T202410269994240/project2608132-270520/-/commits/master) 总的代码量约为6000行（去除注释） 以下为各个版本完成的工作： |版本号|完成内容|分支链接| |:---:|:---:|:---:| |v-0.1alpha|完成boot模块并实现必要的库|[gitlab](https://gitlab.eduxiji.net/T202410269994240/project2608132-270520/-/tree/v-0.1alpha)| |v-0.2alpha|完成虚拟内存模块|[gitlab](https://gitlab.eduxiji.net/T202410269994240/project2608132-270520/-/tree/v-0.2alpha)| |v-0.3alpha|完成中断处理模块|[gitlab](https://gitlab.eduxiji.net/T202410269994240/project2608132-270520/-/tree/v-0.3alpha)| |v-0.4alpha|✔️完成进程结构的设计|[gitlab](https://gitlab.eduxiji.net/T202410269994240/project2608132-270520/-/tree/v-0.4alpha)| |v-0.5alpha|完成进程调度模块|[gitlab](https://gitlab.eduxiji.net/T202410269994240/project2608132-270520/-/tree/v-0.5alpha)| |v-0.6alpha|完成磁盘底层操作接口|[gitlab](https://gitlab.eduxiji.net/T202410269994240/project2608132-270520/-/tree/v-0.6alpha)| |v-0.7alpha|完成文件系统模块|[gitlab](https://gitlab.eduxiji.net/T202410269994240/project2608132-270520/-/tree/v-0.7alpha)| |v-0.8alpha|完成基础的系统调用|[gitlab](https://gitlab.eduxiji.net/T202410269994240/project2608132-270520/-/tree/v-0.8alpha)| |v1.0(master)| 实现了COW和高响应比优先调度算法|[gitlab](https://gitlab.eduxiji.net/T202410269994240/project2608132-270520/-/tree/master)| ## 创新点 我们实现的创新点包括但不限于： - 实现了 COW 策略 - 实现了类似 UNIX 下的多级索引文件结构 - 实现了高响应比优先（HRRN）算法 - 优化磁盘缓冲区算法，保证即使在最坏情况下也只需遍历一次链表 ## 预计实现的新功能 - 实现UNIX下的管道机制 (✓) - 实现懒分配策略 - 进行更加完备的测试 （✓） - 实现更多系统调用 （✓） 上述内容详见[UNO-OS内核设计手册](./UNO-OS内核设计手册.pdf) ## 参考工作 - [ecnu-oslab](https://gitee.com/HaoDong-Xia/ecnu-oslab.git) - [xv6-labs-2020](https://github.com/mit-pdos/xv6-public)