Ch0 - 操作系统概述
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rCore 教程主要目的在于一步一步展示如何从零开始用 Rust 编写一个 RISC-V 架构上的类 Unix 内核，教程的每一章都是基于之前的章节演示如何一步步的完善最终的 OS，然后每一章节后面都有一些相应的问答题与编程实践题。
对于不想从零开始实现的可以选择做对应的 rCore Labs，这里面提供了各个一章节完成后的基础代码，完成 Lab 只需要在给出的代码基础上添加新功能即可。但目前看上去这个文档还不是很完善，所以我选择跟着上面的文档从零开始实现。
环境配置
因为个人日常使用的是 ArchLinux，对于环境配置来说很容易，没遇到什么问题。
首先是安装部分 C 语言的开发环境，这里只安装了 RISC-V 下的二进制工具和 gdb 调试器，并没有安装 gcc。
sudo pacman -S riscv64-elf-binutils riscv64-elf-gdb
然后配置 Rust 相关的工具链，推荐从官方源里安装 rustup，然后使用 rustup 来管理不同版本的 rustc 编译器。默认安装的是 stable 分支的编译器，完成该实验需要使用 nightly 分支的编译器。
rustup install nightly
因为我个人可能平时会用到 Rust 进行开发，所以我不建议将全局的默认编译器切换成 nightly 分支，而是选择仅将编写实验 OS 的仓库指定为使用 nightly 分支。
之后安装 RISC-V 目标架构的相关组件以及一些开发调试工具。
rustup target add riscv64gc-unknown-none-elf
cargo install cargo-binutils --vers =0.3.3
rustup component add llvm-tools-preview
rustup component add rust-src
之后安装 qemu 模拟器，除了安装 qemu 软件包本地之外，为了获取 RISC-V 架构的支持，还需要安装 qemu-arch-extra 包。
然后可以将教程仓库中已经实现好的 OS 克隆下来，进行运行测试。
git clone https://github.com/rcore-os/rCore-Tutorial-v3.git
cd rCore-Tutorial-v3/os
make run
熟悉 GDB 的使用
以练习题 * 在Linux环境下编写一个会产生异常的应用程序，并简要解释操作系统的处理结果。 为例子，先编写一个如下的 C 语言程序：
// exception.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
int *p = NULL;
printf("*p = %d", *p);
return 0;
}
使用 gcc 进行编译的时候需要注意使用 -g 参数来保留调试需要的符号表信息。
gcc -g -o exception exception.c
然后使用 gdb ./exception 进行调试。使用 run 来执行程序，可以看到程序产生异常而终止。
(gdb) run
Starting program: /home/tunkshif/Documents/Learning/rcore-study/creates/exercises/ch0/src/exception
[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/usr/lib/libthread_db.so.1".
Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x0000555555555154 in main (argc=1, argv=0x7fffffffe3f8) at exception.c:6
6 printf("*p = %d", *p);
使用 disassemble 命令反汇编，查看具体产生异常的一条指令。
(gdb) disassemble
Dump of assembler code for function main:
0x0000555555555139 <+0>: push %rbp
0x000055555555513a <+1>: mov %rsp,%rbp
0x000055555555513d <+4>: sub $0x20,%rsp
0x0000555555555141 <+8>: mov %edi,-0x14(%rbp)
0x0000555555555144 <+11>: mov %rsi,-0x20(%rbp)
0x0000555555555148 <+15>: movq $0x0,-0x8(%rbp)
0x0000555555555150 <+23>: mov -0x8(%rbp),%rax
=> 0x0000555555555154 <+27>: mov (%rax),%eax
0x0000555555555156 <+29>: mov %eax,%esi
0x0000555555555158 <+31>: lea 0xea5(%rip),%rax # 0x555555556004
0x000055555555515f <+38>: mov %rax,%rdi
0x0000555555555162 <+41>: mov $0x0,%eax
0x0000555555555167 <+46>: call 0x555555555030 <printf@plt>
0x000055555555516c <+51>: mov $0x0,%eax
0x0000555555555171 <+56>: leave
0x0000555555555172 <+57>: ret
End of assembler dump.
常用命令
list：查看指定函数或指定行run：运行程序break [location]：在目标位置设置断点，可以传入行号、函数名或指令地址continue：执行程序到断点位置处停止stepi：单步执行一条指令info registers：查看寄存器内容信息x/i [location]：查看某地址位置处的指令x/10i [location]：查看某地址位置处开始的 10 条指令x/10i $pc：查看接下来将要执行的 10 条指令disassemble：反汇编查看某段内存中的指令quit：退出调试
使用 strace 工具
strace 命令能够用来追踪一个程序进行了哪些系统调用。
例如对于下面一个简单的例子：
fn main() {
println!("Hello, world!");
}
使用 cargo build --release 编译后，用 strace 命令执行编译得到的程序，会产生一系列的各种系统调用。而与我们编写的代码相关的系统调用实际只有下面这两条：
write(1, "Hello, world!\n", 14Hello, world!)
exit_group(0)
阅读汇编
下面是一个 GNU Assembler 格式的汇编程序。
# hello.s
.global _start
.text
_start:
# write(1, message, 13)
mov $1, %rax # system call 1 is write
mov $1, %rdi # file handle 1 is stdout
mov $message, %rsi # address of string to output
mov $13, %rdx # number of bytes
syscall # invoke operating system to do the write
# exit(0)
mov $60, %rax # system call 60 is exit
xor %rdi, %rdi # we want return code 0
syscall # invoke operating system to exit
message:
.ascii "Hello, world\n"
其中以 .directive 这样的叫做 directive，label: 叫做 label。
.global 用于声明导出全局的符号，这样在生成的目标二进制文件（a.o）中会存在指向目标代码的符号。
.text 用于定义当前的段为代码段，即 .text 以下的指令都处于代码段。
.ascii 用于生成一个以 \0 结尾的字符串。
另外常用的 directive 还有 .bss 和 .data，分别用于定义 bss 段和 data 段。
更多资料可以参考下面这些链接的内容：