环境部署

在开展实验之前,我们需要根据不同的平台提前安装相关依赖的软件包,具体需要的软件包如下:

  • Rust 工具链
    • Rust 版本管理工具:rustup
    • Rust 软件包管理工具:cargo
    • Rust 编译器:rustc
    • 等等
  • 虚拟机软件:QEMU (版本至少支持 RISC-V 64)

具体安装的方法在不同平台上安装方式类似,但也有细微差别,后面会有具体说明。

安装 QEMU

根据不同平台,我们分为下面 3 个部分来介绍。

macOS

在 macOS 中,我们可以直接打开命令行用 Homebrew 软件包管理器来安装最新版 QEMU 和其依赖:

运行命令

brew install qemu

Linux

在 Linux 中,由于很多软件包管理器的默认软件源中包含的 QEMU 版本过低,这里推荐的方式是我们自己手动从源码编译安装:

运行命令

# 下载源码包 (如果下载速度过慢可以把地址替换为我们提供的地址:TODO)
wget https://download.qemu.org/qemu-5.0.0.tar.xz
# 解压
tar xvJf qemu-5.0.0.tar.xz
# 编译安装并配置 RISC-V 支持
cd qemu-5.0.0
./configure --target-list=riscv32-softmmu,riscv64-softmmu
make -j$(nproc)
sudo make install

如果在运行 configure 时遇到软件包依赖的问题(以 Ubuntu 系统举例):

  • 出现 ERROR: pkg-config binary 'pkg-config' not found 时,可以通过 sudo apt-get install pkg-config 安装;
  • 出现 ERROR: glib-2.48 gthread-2.0 is required to compile QEMU 时,可以通过 sudo apt-get install libglib2.0-dev 安装;
  • 出现 ERROR: pixman >= 0.21.8 not present 时,可以通过 sudo apt-get install libpixman-1-dev 安装。

如果有其他问题,请针对不同操作系统在软件包管理器中查找并安装依赖。

当然如果你可以找到包含较新版本的 QEMU 的软件包源,也可以通过软件包管理器直接安装:

运行命令

# Ubuntu / Debian / Windows WSL
sudo apt-get install qemu

# CentOS / Fedora / RedHat / SUSE
sudo yum install qemu

Windows WSL 2

WSL(Windows Subsystem for Linux)是指 Windows 下构建 Linux 环境。你可以在使用 Windows 的同时,方便地进行 Linux 下的开发,并且 Linux 子系统上可以访问 Windows 的文件系统。但是,WSL 在安装 Rust 时会出现环境配置方面的问题,因此这里我们采用新版的 WSL,即 WSL 2。

WSL 2 和 Ubuntu 环境安装步骤:

  • 升级 Windows 10 到最新版(Windows 10 版本 18917 或以后的内部版本)
    • 如果不是 Windows 10 专业版,可能需要手动更新,在微软官网上下载。否则,WSL 功能可能不能启动
    • 在 PowerShell 中输入 winver 查看内部版本
  • 「Windows 设置 > 更新和安全 > Windows 预览体验计划」处选择加入,Dev 开发者模式
  • 打开 PowerShell 终端(管理员身份),输入:

运行命令

# 启用 Windows 功能:“适用于 Linux 的 Windows 子系统”
dism.exe /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux /all /norestart

# 启用 Windows 功能:“已安装的虚拟机平台”
dism.exe /online /enable-feature /featurename:VirtualMachinePlatform /all /norestart

# <Distro> 改为对应从微软应用商店安装的 Linux 版本名,比如:`wsl --set-version Ubuntu 2`
# 如果你没有提前从微软应用商店安装任何 Linux 版本,请跳过此步骤
wsl --set-version <Distro> 2

# 设置默认为 WSL 2,如果 Windows 版本不够,这条命令会出错
wsl --set-default-version 2
  • 在微软商店(Microsoft Store)中搜索 Ubuntu,安装第一个(或者你想要的版本)
    • 此处下载 WSL 2 的 Linux 内核更新包
    • 安装完成后,打开 Ubuntu,进行初始化
  • 回到 PowerShell 终端,输入:

运行命令

# 查看 WSL 的版本是否为 2
# 可简写为 `wsl -l -v`
wsl --list --verbose
  • 若得到的版本信息正确,结束。WSL 2 和 Ubuntu 环境安装完毕。

在构建完成 WSL 2 + Ubuntu 环境后,可以在 Windows 的 Linux 子系统下便捷地部署 Linux 环境。请查看上文 Linux 环境搭建步骤。

完成后

安装完成后可以用 qemu-system-riscv64 --version 命令检查是否成功安装我们需要的 RISC-V 64 虚拟器。

安装 Rust 工具链

首先安装 Rust 版本管理器 rustup 和 Rust 包管理器 cargo,这里我们用官方的安装脚本来安装:

运行命令

curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh

如果通过官方的脚本下载失败了,可以在浏览器的地址栏中输入 https://sh.rustup.rs 来下载脚本,在本地运行即可。

如果官方的脚本在运行时出现了网络速度较慢的问题,可选地可以通过修改 rustup 的镜像地址(修改为中国科学技术大学的镜像服务器)来加速:

运行命令

export RUSTUP_DIST_SERVER=https://mirrors.ustc.edu.cn/rust-static
export RUSTUP_UPDATE_ROOT=https://mirrors.ustc.edu.cn/rust-static/rustup
curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh

或者也可以通过在运行前设置命令行中的科学上网代理来实现:

运行命令

# e.g. Shadowsocks 代理
export https_proxy=http://127.0.0.1:1080
export http_proxy=http://127.0.0.1:1080
export ftp_proxy=http://127.0.0.1:1080

安装完成后,最好我们也可以把软件包管理器 cargo 所用的软件包镜像地址 crates.io 也换成中国科学技术大学的镜像服务器来加速。我们打开(如果没有就新建)~/.cargo/config 文件,并把内容修改为:

~/.cargo/config

[source.crates-io]
registry = "https://github.com/rust-lang/crates.io-index"
replace-with = 'ustc'
[source.ustc]
registry = "git://mirrors.ustc.edu.cn/crates.io-index"

安装完成后

在相关软件包安装完成之后,只需要下面的命令,就可以把整个教程完成之后的 rCore 系统在你的系统上运行起来:

运行命令

# 克隆仓库并编译运行
git clone TODO
cd rCore-Tutorial
git checkout master

# 编译运行
make run

如果一切正常,则 QEMU 模拟的 RISC-V 64 处理器将输出

运行输出

TODO

需要说明的是,Rust 包含 stable、beta 和 nightly 三个版本。默认情况下我们安装的是 stable 稳定版。由于在编写操作系统时需要使用 Rust 的一些不稳定的实验功能,因此我们使用 nightly 每日构建版。

但是,由于官方不保证 nightly 版本的 ABI 稳定性,也就意味着今天写的代码用未来的 nightly 可能无法编译通过,因此一般在使用 nightly 时应该锁定一个日期。

所以我们的工作目录下会有一个名为 rust-toolchain 的文件(无后缀名),在其中有所需的工具链版本:

rust-toolchain

nightly-2020-06-27

在第一次编译项目时,rustup 会自动去下载对应版本的工具链。今后所有在这个目录或其子目录下使用 Rust 时都会自动切换到这个版本的工具链。随着日后的更新,后面的日期可能会变化,请以 GitHub 仓库上的版本为准。

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