全局的任务管理器完成

ch3/os/Makefile

@@ -44,7 +44,7 @@ run:build_elf $(KERNEL_BIN) $(SYMBOL_MAP) kill
 		-device loader,file=$(KERNEL_BIN),addr=$(KERNEL_ENTRY)
 
 clean:
-	rm -rf ./target* && rm -rf ./src/link_app.S
+	#rm -rf ./target* && rm -rf ./src/link_app.S
 
 kill:
 	-kill -9 $(QEMU_PID)

ch3/os/src/batch.rs

@@ -93,7 +93,7 @@ pub fn run_next_app() -> ! {
         // 得到用户栈的栈顶
         let user_stack_top = USER_STACK.as_ptr() as usize + USER_STACK_SIZE;
         // 得到用户trap的上下文以及寄存器状态
-        let user_trap_context = TrapContext::app_init_context(app_entry_ptr, user_stack_top);
+        let user_trap_context = TrapContext::from(app_entry_ptr, user_stack_top);
 
         // 把用户trap copy到内核栈
         let kernel_stack_top = KERNEL_STACK.as_ptr() as usize + KERNEL_STACK_SIZE;  // 现在栈顶和栈底都在一个内存位置

ch3/os/src/config.rs

@@ -1,2 +1,6 @@
 pub const APP_BASE_ADDRESS: usize = 0x80400000;  // 载入的app的起始的地址
 pub const APP_SIZE_LIMIT: usize = 0x20000;  // app的最大的二进制文件能够使用的大小
+pub const MAX_APP_NUM: usize = 4;  // 支持最大的用户应用数量
+
+pub const USER_STACK_SIZE: usize = 4096 * 2;  // 栈大小为8kb
+pub const KERNEL_STACK_SIZE: usize = 4096 * 2;

ch3/os/src/loader.rs

@@ -1,19 +1,23 @@
 use core::arch::asm;
 
 use crate::config::*;
+use crate::trap::TrapContext;
+
+static KERNEL_STACK: [[u8; KERNEL_STACK_SIZE]; MAX_APP_NUM] = [[0; KERNEL_STACK_SIZE]; MAX_APP_NUM];  // 这一章, 每个用户应用对应一个内核栈 [内核栈; 总应用数]
+static USER_STACK: [[u8; USER_STACK_SIZE]; MAX_APP_NUM] = [[0; USER_STACK_SIZE]; MAX_APP_NUM];  // 这一行每个用户应用对应一个应用栈
 
 extern "C" {
     fn _num_app();
 }
 
 // 得到用户app的数量
-fn get_num_app() -> usize{
+pub fn get_num_app() -> usize{
     unsafe{
         (_num_app as usize as *const usize).read_volatile()
     }
 }
 
-// 把把 app一次性都加载到内存, 并分配二进制空间
+// 把 app一次性都加载到内存指定位置
 pub fn load_app() {
     // 得到符号位
     let num_app_ptr = _num_app as usize as *const usize;
@@ -52,3 +56,40 @@ pub fn load_app() {
         dst.copy_from_slice(src);
     }
 }
+
+
+// 初始化用户应用栈, 并返回用户应用栈在内核栈中的trap_context的地址
+// 这个函数根据 app_id得到 USER_STACK的所在的位置, 初始化之后, 再构造 KERNEL_STACK
+pub fn init_app_cx(app_id: usize) -> usize {
+    // 得到 用户栈
+    unsafe {
+        // 构造 trap_context
+        let user_trap_context = {
+            // 初始化用户栈顶
+            let user_stack_top = {
+                let _tmp_stack = USER_STACK.as_ptr() as usize + USER_STACK_SIZE * app_id;  // 用户栈开始 + (每个用户栈的大小 * 指定用户栈的索引) 得到栈顶位置,
+                _tmp_stack + USER_STACK_SIZE  // 加上栈大小, 得到新的栈顶位置
+            };
+
+            // 用户应用的开始位置
+            let user_entry = APP_BASE_ADDRESS + APP_SIZE_LIMIT * app_id;
+
+            TrapContext::from(user_entry, user_stack_top)
+        };
+
+        // 把构造的 user_trap_context 放到 KERNEL_STACK指定应用的内核栈中
+        let kernel_app_stack_ptr = {
+            // 栈顶位置 + 栈大小 = 栈底
+            let _tme_stack_low = KERNEL_STACK.as_ptr() as usize + KERNEL_STACK_SIZE * app_id + KERNEL_STACK_SIZE;
+
+            // 给TrapContext 分配栈空间, 得到新的栈顶
+            (_tme_stack_low - core::mem::size_of::<TrapContext>()) as * mut TrapContext
+        };
+
+        // copy 数据到内核栈中
+        *kernel_app_stack_ptr = user_trap_context;
+
+        // 返回内核栈的地址
+        kernel_app_stack_ptr as usize
+    }
+}

ch3/os/src/main.rs

@@ -39,8 +39,9 @@ pub fn rust_main(){
     println!("sbss: {:#x}, ebss: {:#x}", sbss as usize, ebss as usize);
     println!("boot_stack_top_bound: {:#x}, boot_stack_lower_bound: {:#x}", boot_stack_top_bound as usize, boot_stack_lower_bound as usize);
 
-    loader::load_app();
     trap::init();
+    loader::load_app();
+    task::run_first_task();
     // batch::init();
     // batch::run_next_app();
     loop {

ch3/os/src/task/context.rs

@@ -1,13 +1,35 @@
 
 
 // TCB的字段 用来保存cpu 在内核切换人物的时候 寄存器还有栈顶的信息, 这个结构体将来会传到 switch.S 中的汇编中
+#[derive(Copy, Clone)]
+#[repr(C)]
 pub struct TaskContext{
-    ra: usize,  // 保存了进行切换之后需要 跳转继续执行的地址
-    sp: usize,  // 当前任务的内核栈的栈顶
+    ra: usize,  // 保存了进行切换完毕之后需要 跳转继续执行的地址
+    sp: usize,  // 当前任务的在内核中的内核栈的栈顶, 这个会被switch 保存与恢复
     s: [usize; 12]  // 当前任务内核 有必要 保存的寄存器
 }
 
 
+impl TaskContext{
+    // 初始的内容
+    pub fn new() -> Self {
+        Self {
+            ra: 0,
+            sp: 0,
+            s: [0; 12],
+        }
+    }
 
-
-
+    // 从kernel_stack_ptr 创建一个 任务上下文
+    // 并把任务上下文的返回地址设置为 trap.S的返回符号的地方
+    pub fn from(kernel_stack_ptr: usize) -> Self{
+        extern "C" {
+            fn __restore();
+        }
+        Self {
+            ra: __restore as usize,
+            sp: kernel_stack_ptr,
+            s: [0; 12],
+        }
+    }
+}

ch3/os/src/task/mod.rs

@@ -1,3 +1,78 @@
+use lazy_static::lazy_static;
+use crate::config::MAX_APP_NUM;
+use crate::sync::UPSafeCell;
+use crate::task::task::{TaskControlBlock, TaskStatus};
+use crate::loader::{get_num_app, init_app_cx};
+use crate::println;
+use crate::task::context::TaskContext;
+
 mod context;
 mod switch;
 mod task;
+
+
+// 公开到外部的一个全局任务管理器的结构体
+pub struct TaskManager {
+    num_app: usize,  // app的数量 这个在os运行之后就不会有变化
+    inner: UPSafeCell<TaskManagerInner>,  // 这个内部TaskControlBlock 会随着系统运行发生变化
+}
+
+impl TaskManager {
+    fn run_first_task(&self){
+        println!("run_first_task");
+    }
+}
+
+
+// 不公开的结构体, 有一个MAX_APP_NUM大小的数组, 用来保存TCB, 和当前任务的的TCB的下标
+struct TaskManagerInner {
+    tasks: [TaskControlBlock; MAX_APP_NUM],
+    current_task: usize,
+}
+
+lazy_static!{
+    pub static ref TASK_MANAGER: TaskManager = {
+        // 得到app的总数
+        let num_app = get_num_app();
+
+        // 初始化内核中的任务列表
+        let mut tasks = [
+            TaskControlBlock {
+                task_cx: TaskContext::new(),
+                // UnInit 这个tcb 还没用户应用填充加载
+                task_status: TaskStatus::UnInit
+            };
+            MAX_APP_NUM
+        ];
+
+        // 初始化用户的应用对应的 TCB
+        for i in 0..num_app {
+            // 初始化用户应用的内核栈
+            let kernel_app_stack_ptr = init_app_cx(i);
+
+            // 从 初始内核栈的栈顶(保存 trap_context的位置) 创建 任务context
+            let task_context = TaskContext::from(kernel_app_stack_ptr);
+
+            // 把内核栈的信息保存到 TCB中
+            tasks[i].task_cx = task_context;
+
+            // 初始为 准备好的状态
+            tasks[i].task_status = TaskStatus::Ready
+        };
+
+        TaskManager {
+            num_app,
+            inner: unsafe {
+                UPSafeCell::new(TaskManagerInner {
+                    tasks,
+                    current_task: 0,
+                })
+            }
+        }
+    };
+}
+
+
+pub fn run_first_task() {
+    TASK_MANAGER.run_first_task();
+}

ch3/os/src/trap/context.rs

@@ -25,8 +25,9 @@ impl TrapContext {
     pub fn set_sp(&mut self, sp: usize) {
         self.x[2] = sp;
     }
-    /// init app context
-    pub fn app_init_context(entry: usize, sp: usize) -> Self {
+
+    // 根据entry和sp构造一个 trap_context
+    pub fn from(entry: usize, sp: usize) -> Self {
         let mut sstatus = sstatus::read();  // 读取CSR sstatus
         sstatus.set_spp(SPP::User);  // 设置特权级为用户模式
         let mut cx = Self {