# yogaOS

**Repository Path**: YOYOYOYOGA-seu/yogaOS

## Basic Information

- **Project Name**: yogaOS
- **Description**: 支持优先级、时间片调度的，采用页式虚拟内存管理的玩具操作系统（x86）
- **Primary Language**: C
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 3
- **Forks**: 0
- **Created**: 2021-06-21
- **Last Updated**: 2025-07-24

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# **yogaOS**
一个玩具内核特性如下：  
  1、支持优先级、时间片调度  
  2、一个采用POSIX标准的系统（仅有很少部分的接口。。。）  
  3、采用页式虚拟内存管理  
  4、文件系统（还未设计。。。）  
  5、目前是在x86上运行的，希望能够多架构支持（至少在设计上是这么考虑的，虽然不一定有时间移植）  


# 源文件结构
  ![图片不存在](https://gitee.com/YOYOYOYOGA-seu/yogaOS/raw/master/readme/structure.png)  
    
# 开发日志
2020.2.01 - 2020.2.22   
完成x86架构下系统由MBR -> loader -> 载入系统 的内容  

* 2020.2.22  
x86 架构下的线性地址映射方式：  
  1、用户程序一律从线性地址4M处开始  
  2、用户堆栈与系统堆栈都放在线性地址0x0000处   
  3、用户页表中系统内核区域（0x1000至1M，2M-4M）为物理地址一一对应的映射方式  
  4、进程页表目录、页表与系统内核使用的页表统一映射到同一线性地址处（1M处）  
  5、系统内核页表采用与物理地址一一映射的方式（无效的物理地址不做线性地址映射，最大物理内存支持为1023*1024 = 1G ）  
  6、初步完成PCB结构体架构无关成员的初始化   

* 2020.2.22 - 25  
  1、完成了PCB初始化与简单的页式内存管理  
  2、重新组织了内存分布  
  3、抛弃了段式内存管理，仅在初始化时简单使用   
  4、地址分布可能还需要更改，将实际的物理空间全部映射到高地址处（系统线性地址基址改到1G处，并附带映射整个物理空间）,这样可以去除内核页表，在进入内核态时（比如管理物理空间，分配物理内存等）可直接使用任务页表，不需要切换到内核表   

* 2020.2.26  
  1、最终定稿（也许并不是最终）了x86架构下线性地址空间的分布  
  2、完成了系统任务初始化中的页表与线性地址初始化  

* 2020/3/1  
  1、第一次提交仓库  
  2、终于完成了历史性的多任务按时间片调度功能  
  3、事实上现在仅仅能够实现基本的任务调度，和仅仅实现页分配（还不能回收与换页）的内存管理  
  4、在地址空间的分配上花了很多时间，才最终暂时确定了现在的物理内存空间和线性地址空间的布局结构  
  5、之前从没接触过x86,不过还是觉得x86并不是一个简单的漂亮的架构，相比于arm显得比较脏乱，在弯弯绕架构上花费了绝大部分的时间(保护模式与段式内存管理处理除了向下兼容，还有什么具体的意义？)   

* 2020.3.8 - 3.9
  1、加入了任务延时挂起功能（suspend list）  
  2、完成了系统调用的框架雏形（x86下使用0x80号中断）  
  3、添加完成了sleep()、getpid()两个POSIX接口api（通过系统调用）  

* 2020.3.21 - 3.22
  1、加入的键盘驱动（刚刚实现键盘的简单输入（字母键与数字等），与回显）  
  2、为了测试将显卡显存段的dpl改为了3（方便在应用中直接显示）  
  3、现在的tty测试进程写在了main.c中，后期考虑单独弄成可执行文件或放在server文 件夹中  
  4、修改了一处bug，./arch/x86/lib/asm.S 中进入系统调用中断的函数没有对传参的寄存器进行保存与恢复，导致返回进程后寄存器值丢失发生错误  
  5、**整理代码！！！整理代码！！**      

* 2020.3.26  
  1、解决了键盘读buff的bug（循环赋值时没有递增接收buff指针，导致丢键）  
  2、加入了特殊键的识别（ESC、SHIFT、ALT等）  
  3、**现在不得不思考到底是走向宏内核还是微内核。微内核虽然易于扩展，但是由于很多内核服务都是以进程的形态工作用户态下的，对于个人开发来说难以调试；宏内核对于初期开发来说具有很多方便的地方，并且效率更高，但是对于添加模块、移植来说更为困难（特别是对于嵌入式arm这种外设繁的环境来说）**  
  4、**现在的想想法是内存管理与进程调度仍然工作在内核态下（在系统调用中直接完成），一是更方便调试，而更利于保证实时性（也许是？），而驱动部分、文件系统尽量放在用户态服务进程中完成（系统调用与外部中断只作信号量传递），也许是一种混合内核？**  

* 2020.3.27-3.28  
  1、根据微内核驱动模型搭建了tty驱动框架，分为顶层的驱动tty服务进程，中间的驱动处理函数以及底层的硬件操控api接口  
  2、**重新整理了源码文件结构，一些名称的改变，以及将虚存管理（页式内存管理）放在了kernel/mm下（内核的自身的运行必须依赖虚存管理，任务调度，内存管理是OS最核心的两个部分），根目下外的mm则改为存放后期物理内存管理的模块（malloc,堆内存管理等）**  
  3、实现了3个tty的切换，并且实现了中换行、翻页的功能  
  4、修改了arch/include/driver 下io.h io操作函数中的bug  
  5、在lib库中加入队列功能（lib/queue.c），将需要使用队列的地方封装成库  
  6、**调度器改动：为了实现微内核，x86架构将内核服务进程的dpl改为1，优先级处于0，1下；而之后的用户任务（通过fork创建，需要文件系统支持）则处于其他优先级下，并且dpl=3;内核态下dpl = 0** 

* 2020.3.28   
  1、更改了x86页表的特权限制，现在内核空间的页不在能被用户task访问（dpl = 3）,而系统服务进程与内核仍可以访问（dpl<3）不过文件缓存区内存则为所有用户进程共有，均可以访问 

* 2020.4.4  
  1、调度器改动，将原来的单一优先级改为抢占优先级与时间片优先级（新加入），现在同一抢占优先级下的任务不再均等的享有时间片，而是根据时间片优先级分配（加入fork之后还会受到父子进程的影响，即父子进程共享时间片）  
  2、修改了x86 console驱动的几处BUG，更改了翻页逻辑  
  3、加入了tty对键盘backspace的处理  
  4、加入了printf族库函数与itoa等stdlib函数，实现格式化字符串与向TTY打印的功能（简易，还需扩充功能）  
  5、加入了临时的write（）系统调用，供printf使用（没有文件系统） 

* 2020.4.19  
  1、加入了控制台字体色彩改变功能（通过写"/033[0;31;42m "控制码的方式改变对应tty显示字体的前景背景色以及样式）  
  2、加入了内核使用的assert()宏定义（x86下处于dpl1的服务进程也可以使用（dpl0-2均拥有访问权限））  
  3、改变了调度器pid分配方式，由原先的无限分配改为加入全局PCB指针数组(主要是为了方便后面进程间通信通过dpl定位进程)，拥有有限的最大运行数，pid可循环利用  

* 2020.5.12  
  1、构思了一下系统用进程间通信结构request,现在的构思是仅被系统任务使用，故不封装成库，具有一个根据优先级排列的等待链表  
  2、增加了sleep超过系统最大时间（0xFFFFFFFF,单位10ms）即永久不会唤醒的功能  

* 2020.6.26  
  1、更改了之前的几处bug,改动了一些文件结构，将系统独有的库函数放在新的libh/yogaOS目录下，同时将系统调用的处理函数从arch/xxx/kernel下放在了根目录kernel下（系统调用的实现是架构无关的C文件）  
  2、更改了几处bug包括list删除函数添加pOwnList置零，解决系统调用返回值被覆盖等； 
  3、将tty驱动的某些警告等文字输出由printk实现改为直接调用写函数（原先使用printk一是迂回了一步，二是内核用函数不应暴露给处于非内核态下的程序使用）  
  4、sched加入的新的库函数，同时加入的指向自身PCB的指针（架构有关，指向虚存映射PCB的块的首地址），将包括currentActiveTask在内的全局变量保护了起来（static）,使对PCB的访问不在通过currentActiveTask（直接访问物理内存线性存映射区）而是通过每个任务私有的虚存映射访问（避免当currentActiveTask切换而不是指向当前还在运行的任务的PCB的情况）  

* 2020.6.27  
  1、完成了第一版的request进程间通信功能（注释详情见文件），顶层封装成库（libh/yogaOS/yogaOS/req.h）,将所有的通信功能实现放在了内核态下； 
  2、用户发送时，需要先将信息写入一个临时的request结构体内，通过指针传入系统调用，在内核态下复制信息到pcb中的req结构体并加入到目标服务进程pcb下的请求等待列表中，并唤醒服务进程，自身睡眠等待； 
  3、服务进程通过reqw系统调用等待请求的到来，如果没有请求则睡眠，并返回状态码； 
  4、当服务进程被请求服务的进程唤醒后，会检查系统调用的返回值，如果这一次没有读到信息，就再次进入，此时等待列表中应有成员，固立即返回req信息；（等于某些时候需要两次系统调用才可以读到req信息）  
  5、服务进程处理完之后，可以选择直接返回req处理结果，通过reqa函数通过系统调用将结果写入请求源进程pcb中的req结构体，并唤醒，或者通过reqt传送至其他服务进程继续处理；  
  6、用户进程被唤醒后，可以调用reqr读取储存在pcb中req结构体中的结果信息，当不需要查看时，也可忽略直接进行下一步。  

* 2020.7.16  
  1、线性地址布局更改，将原来1G的用户代码数据空间分割出512M给堆区； 
  2、在start.S中加入最大支持内存检测;  
  3、list中增加了一个可以快速配置自定义链表的宏定义，现在除了标准双链表、单链简表，多了一个更简单的可直接嵌入各结构体内的最简表和表项（宏定义形式）  

* 2020.8.1  
  1、增加了宏定义形式的迷你链表操作函数，包括初始化、插入表头表尾、弹出表头表尾第一个元素  
  2、构建buddy系统以管理物理内存  

* 2020.8.8  
  1、完成了伙伴系统内存分配部分，替换完毕原来的线性表分配策略，可以正常使用  
  2、后续需要加入伙伴内存系统的收回部分，以构成完整的buddy内存管理  

* 2020.9.6   
  1、加入伙伴系统内存回收   
  2、加入缺页中断处理（还需要补全）  
  3、后续需要加入exit函数  
  
* 2020.9.12   
  1、完成伙伴系统单个页回收，同时加入函数回收整个page使用表中的页 ;   
  2、完成 exit() 函数的测试；  
  3、schedule细节优化   
  4、加入rand、srand标准库函数的实现  
  5、加入malloc、free标准库函数的实现  

* 2020.10.31  
  1、完成了对x86架构下外部中断的统一管理，外部中断回调函数放在驱动文件中，通过注册的形式动态的加载，而不是与fault处理函数一样放在统一的文件中；
  2、x86架构加入了单个外部中断的使能失能函数（8259A操作）  

* 2020.11.16  
  1、request模块改动，加入中断中使用的req等待/发送函数，可使用的超时函数，返回值一律为错误码；   
  2、修复因加载内核代码后未初始化其.bss段为0而引发的一系列BUG。  
  3、完成块设备、硬盘驱动的框架雏形，现在已经可以读取硬盘的基本信息。  
  
`重写tty驱动（利用IPC）`