添加 axruntime 组件提供更完整的运行环境 ​

之所以将 helloworld 的 main 函数和 axhal 组合起来就能实现输出功能，是因为 helloworld 应用程序只用到了 axhal 提供的裸机输出功能， 如果我们需要支持更复杂的应用，axhal 提供的低级的裸机环境肯定不能满足我们的需求， 那么就需要用到 axruntime 这个更强大的组件了。

axruntime 的主要功能是在进入应用程序的 main 函数之前执行一些初始化操作， 根据所选择的不同 feature 执行相对应的初始化过程。

graph TD helloworld --> axruntime --> axhal

在这一节中我们直接使用 ArceOS 的源代码，将之前修改的代码还原，在 axhal 执行完后不是直接跳转到应用程序的 main 函数， 而是跳转到 axruntime 这个组件的 rust_main 函数，再跳转到 helloworld 的 main 函数。

动手尝试 ​

运行命令：

shell 
make PLATFORM=riscv64-qemu-virt A=apps/helloworld run LOG=debug

运行结果如下图，下面的调试输出信息绿色字体部分可以为我们直观地展示 axruntime 做的一些初始化的工作。

image-20230707100119498

有了这三个组件，我们不仅能运行 helloworld 这样的简单程序，还能运行稍微复杂一些的程序。

例如，运行 yield 应用程序 (FIFO scheduler):

shell 
make A=apps/task/yield PLATFORM=riscv64-qemu-virt LOG=info NET=y SMP=1 run

运行结果:

image-20230707143841246

运行过程分析 ​

让我们通过流程图看看 ArceOS 的运行背后到底发生了什么。

第一步是一些初始化函数的调用过程。

Step 1 ​

graph TD; A[axhal::platform::qemu_virt_riscv::boot.rs::_boot] --> init_boot_page_table; A --> init_mmu; A --> P[platform_init]; A --> B[axruntime::rust_main]; P --> P1["axhal::mem::clear_bss()"]; P --> P2["axhal::arch::riscv::set_trap_vector_base()"]; P --> P3["axhal::cpu::init_percpu()"]; P --> P4["axhal::platform::qemu_virt_riscv::irq.rs::init()"]; P --> P5["axhal::platform::qemu_virt_riscv::time.rs::init()"]; B --> axlog::init; B --> D[init_allocator]; B --> remap_kernel_memory; B --> axtask::init_scheduler; B --> axdriver::init_drivers; B --> Q[axfs::init_filesystems]; B --> axnet::init_network; B --> axdisplay::init_display; B --> init_interrupt; B --> mp::start_secondary_cpus; B --> C[main]; Q --> Q1["disk=axfs::dev::Disk::new()"]; Q --> Q2["axfs::root::init_rootfs(disk)"]; Q2 --fatfs--> Q21["main_fs=axfs::fs::fatfs::FatFileSystem::new()"]; Q2 --> Q22["MAIN_FS.init_by(main_fs); MAIN_FS.init()"]; Q2 --> Q23["root_dir = RootDirectory::new(MAIN_FS)"]; Q2 --devfs--> Q24["axfs_devfs::DeviceFileSystem::new()"]; Q2 --devfs--> Q25["devfs.add(null, zero, bar)"]; Q2 -->Q26["root_dir.mount(devfs)"]; Q2 -->Q27["init ROOT_DIR, CURRENT_DIR"]; D --> E["In free memory_regions: axalloc::global_init"]; D --> F["In free memory_regions: axalloc::global_add_memory"]; E --> G[axalloc::GLOBAL_ALLOCATOR.init]; F --> H[axalloc::GLOBAL_ALLOCATOR.add_memory]; G --> I["PAGE: self.palloc.lock().init"]; G --> J["BYTE: self.balloc.lock().init"]; H --> K["BYTE: self.balloc.lock().add_memory"]; I --> M["allocator::bitmap::BitmapPageAllocator::init()"]; J -->L["allocator::slab::SlabByteAllocator::init() self.inner = unsafe { Some(Heap::new(start, size)) } "]; K --> N["allocator::slab::SlabByteAllocator::add_memory: self.inner_mut().add_memory(start, size);"];

下面是 helloworld 程序的运行流程，实际上 helloworld 程序最后调用的是 axhal 封装好的输出功能，本质还是依靠 sbi 进行输出。

Step 2 ​

graph TD; A[main] --> B["libax::println!(Hello, world!)"]; B --> C[libax:io::__print_impl]; C --> D[INLINE_LOCK=Mutex::new]; C --> _guard=INLINE_LOCK.lock; C --> E["stdout().write_fmt(args)"];
step 2.1 ​
graph TD; T["stdout()"] --> A["libax::io::stdio.rs::stdout()"]; A --> B["INSTANCE: Mutex = Mutex::new(StdoutRaw)"]; A --> C["return Stdout { inner: &INSTANCE }"];
step 2.2 ​
graph TD; T["stdout().write_fmt(args)"] --> A["Stdout::write"]; A --> B["self.inner.lock().write(buf)"]; B --> C["StdoutRaw::write"]; C --> D["axhal::console::write_bytes(buf);"]; C --> E["Ok(buf.len())"]; D --> F["putchar"]; F --> G["axhal::platform::qemu_virt_riscv::console::putchar"]; G --> H["sbi_rt::legacy::console_putchar"];

总结 ​

至此，我们已经完成了从 axhal 到 axruntime 到 helloworld 的组合了，并且将 helloworld unikernel 运行了起来。

附录 ​