# whu_os_lab

**Repository Path**: kalinplus/whu_os_lab

## Basic Information

- **Project Name**: whu_os_lab
- **Description**: whu 2024 fall 操作系统实践
- **Primary Language**: C
- **License**: Apache-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 2
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-09-20
- **Last Updated**: 2025-12-09

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# WHU OS Lab - RISC-V 操作系统内核实现

一个基于RISC-V架构的完整操作系统内核实现，从底层启动到文件系统的完整教学操作系统，参考 xv6 实现。

## 项目概述

本项目实现了一个功能完整的RISC-V操作系统内核，包含：

- **完整的启动流程** - 从汇编入口到C语言运行环境
- **中断处理系统** - 完整的中断向量和处理机制
- **进程管理系统** - 进程创建、调度和上下文切换
- **系统调用接口** - 用户态与内核态交互桥梁
- **磁盘文件系统** - 基于日志的文件系统实现
- **ELF程序加载** - 支持可执行文件的加载和执行
- **内核日志系统** - 结构化的调试和分析工具

## 系统架构

### 核心模块

| 模块 | 功能描述 | 实现文件 |
|------|----------|----------|
| **启动引导** | 系统启动和硬件初始化 | `kernel/boot/` |
| **中断处理** | 中断向量表和分发机制 | `kernel/trap/` |
| **内存管理** | 物理内存分配和虚拟内存 | `kernel/mem/` |
| **进程管理** | 进程生命周期和调度 | `kernel/proc/` |
| **系统调用** | 内核服务接口 | `kernel/syscall/` |
| **文件系统** | 磁盘文件存储和管理 | `kernel/fs/` |
| **设备驱动** | 硬件设备接口 | `kernel/dev/` |
| **运行库** | 内核基础库函数 | `kernel/lib/` |

## 快速开始

### 环境要求

- RISC-V交叉编译工具链
- QEMU模拟器
- GNU Make

### 编译系统

```bash
# 构建完整系统
make build

# 清理编译文件
make clean

# （可选）格式化文件系统镜像
make mkfs
```

### 运行系统

```bash
# 启动QEMU运行系统
make qemu

# 启动QEMU并启用GDB调试
make qemu-gdb
```

### 系统测试

系统启动后会自动运行文件系统测试程序，验证以下功能：

- 文件创建和写入
- 文件读取和验证
- 目录操作
- 用户进程执行
- 系统调用接口
- 内核日志系统

## 项目结构

```
code/
├── include/           # 头文件定义
├── kernel/            # 内核实现
│   ├── boot/         # 启动代码
│   ├── trap/         # 中断处理
│   ├── mem/          # 内存管理
│   ├── proc/         # 进程管理
│   ├── syscall/      # 系统调用
│   ├── fs/           # 文件系统
│   ├── dev/          # 设备驱动
│   └── lib/          # 内核库
├── user/              # 用户程序
├── mkfs/              # 文件系统工具
└── Makefile          # 构建脚本
```

## 系统特性

### 启动系统
- RISC-V汇编启动代码
- C语言运行环境建立
- 硬件设备初始化
- 内存管理系统启动

### 中断处理
- 完整的中断向量表
- 时钟中断处理
- 系统调用入口
- 异常处理机制

### 进程管理
- 多进程创建和管理
- 时间片轮转调度
- 进程上下文切换
- 进程间通信机制

### 系统调用
- 统一的系统调用接口
- 进程控制类系统调用
- 文件操作类系统调用
- 日志系统调用接口

### 文件系统
- 磁盘布局和管理
- inode和目录系统
- 基于日志的数据保护
- 块缓存优化

### 程序加载
- ELF文件格式解析
- 用户进程内存映射
- 可执行文件加载
- 用户栈管理

### 日志系统
- 8级日志过滤
- 环形缓冲区存储
- 实时控制台输出
- 用户态访问接口


## 开发工具

### 调试支持

```bash
# GDB调试
make qemu-gdb
gdb-multiarch kernel.elf

# 常用GDB命令
(gdb) target remote localhost:1234
(gdb) break kernel_main
(gdb) continue
```

### 系统监控

- 内核日志实时输出
- 进程状态监控
- 文件系统状态查看
- 内存使用统计

## 📚 参考资料

- [RISC-V非特权指令集](https://riscv.org/specifications/)
- [RISC-V特权指令集](https://riscv.org/specifications/privileged/)
- [xv6操作系统](https://pdos.csail.mit.edu/6.S081/2020/xv6/book-riscv-rev1.pdf)
- [ELF文件格式规范](https://refspecs.linuxfoundation.org/elf/elf.pdf)