LAB-1: 机器启动

组织结构

代码组织结构

ECNU-OSLAB
├── include
│ │ └── uart.h
│ ├── lib
│ │ ├── print.h
│ │ └── lock.h
│ ├── proc
│ │ └── cpu.h
│ ├── common.h
│ ├── memlayout.h
│ └── riscv.h
├── kernel
│ ├── boot
│ │ ├── main.c (TODO)
│ │ ├── start.c (TODO)
│ │ ├── entry.S
│ │ └── Makefile
│ ├── dev
│ │ ├── uart.c
│ │ └── Makefile
│ ├── lib
│ │ ├── print.c (TODO)
│ │ ├── spinlock.c (TODO)
│ │ └── Makefile
│ ├── proc
│ │ ├── cpu.c (TODO)
│ │ └── Makefile
│ ├── Makefile
│ └── kernel.ld
├── Makefile
└── common.mk

核心目标

完成双核的机器启动，能够进入main函数并输出一些东西 (如下图)

具体任务

要想实现上述核心目标，仔细想想只需要搞定两件事

1. 把代码在qemu上跑起来（双核启动），从 entry.S 到 start.c 到 main.c

2. 向我们的屏幕输出一些字符串，也就是实现我们经常调用的 printf

第一件事需要你研究一下xv6的启动流程，只需要看到进入 main.c 就够了，比较简单

第二件事需要你先阅读一下 uart.c，里面包括uart的驱动，实现了最基本的字符读写功能

读完之后你需要利用uart层的函数完成 print.c 中的函数，你可以参考xv6的实现，也可以自己去做

此外，你还需要实现 spinlock.c 里的函数，自旋锁是最基本最常用的同步手段

它的实现依赖于开关中断和原子操作这两个概念，你需要完全理解

之所以需要实现自旋锁，是因为printf的本质是很多独立的uart_putc_sync操作

没有锁的保护，会出现并行执行的printf操作抢占uart资源,导致输出混乱的情况

完成这些事情后，你应当可以实现上面图片所示的效果 (在main.c的合适位置输出这两句话)

额外任务

这里有额外的两个小实验帮助你理解锁的用处:

1. 并行加法计算

    #include "riscv.h"
    #include "lib/print.h"

    volatile static int started = 0;

    volatile static int sum = 0;

    int main()
    {
        int cpuid = r_tp();
        if(cpuid == 0) {
            print_init();
            printf("cpu %d is booting!\n", cpuid);        
            __sync_synchronize();
            started = 1;
            for(int i = 0; i < 1000000; i++)
                sum++;
            printf("cpu %d report: sum = %d\n", cpuid, sum);
        } else {
            while(started == 0);
            __sync_synchronize();
            printf("cpu %d is booting!\n", cpuid);
            for(int i = 0; i < 1000000; i++)
                sum++;
            printf("cpu %d report: sum = %d\n", cpuid, sum);
        }   
        while (1);    
    }  

在 main.c 中测试上述代码，很明显，我们的预期是后report的cpu应该告诉我们 sum = 2000000

但是实际结果可能是这样的

cpu 0 is booting!
cpu 1 is booting!
cpu 0 report: sum = 1128497
cpu 1 report: sum = 1143332

考虑如何使用锁进行修正，给出修正后的代码，修正后的输出可能是这样的

cpu 0 is booting!
cpu 1 is booting!
cpu 0 report: sum = 1996573
cpu 1 report: sum = 2000000

简单说明上锁和解锁的位置不同会有什么影响（tips: 锁的粒度粗细）

2. 并行输出

尝试去掉printf里的锁，按照前一个实验的思路，设计测试方法使得printf的输出出现交错的情况

给出你在main.c里的测试代码和结果截图

注意，额外任务完成后复原你的代码，额外任务的结果只需要在markdown文档中体现即可

提交作业

1. 每次实验需要在上次实验的基础上继续往下做，假设你已经完成Lab-0

   那么你此时应该在Lab-0的分支下使用 git checkout -b Lab-1命令创建并切换到新的分支Lab-1

   此时新建的Lab-1会继承Lab-0的内容，你对Lab-1的修改不会影响到Lab-0

   以此类推，当你从Lab-0一步步走到Lab-n时，你会获得越来越完整强大的内核

2. 每次作业都由 代码+Markdown文档 两部分构成

   文档内容不做明确要求，你有很高的自由度决定写什么和写多少

   提供一些建议: 这次实验新增了哪些功能，实现了什么效果，回答实验中提出的问题

   对某个过程的详细理解（比如这次实验的xv6启动过程, Makefile中的make qemu是怎样工作的）

   注意使用markdown的分层方法增加条理性，让别人可以愉快阅读和抓住重点

   总之，这是你的项目，对你自己的代码和文档负责

   注意，代码是连续的但是文档不是，每次的文档不需要接着上一次的写

3. 提醒: 之所以要求大家维护代码仓库，是为了查看大家的提交记录，

   所以请及时同步当天写的东西到线上仓库，不要攒到最后一口气提交

   可能被误判为复制粘贴