docs: lab0

Author: fduTristin

docs/lab/lab0-1.png

@@ -1,6 +1,6 @@
 # Lab 0: Booting
 
-负责助教：唐傑伟
+负责助教：唐傑伟 徐厚泽
 
 本学期，我们将实现一个简单的操作系统内核。在 Lab 0 中，我们将配置好实验环境并完成 3 个实验任务。
 
@@ -42,43 +42,48 @@ cat ~/.ssh/id_rsa.pub
 2. 打开 Github 并登录自己的账号。
 3. 点击右上角头像，进入 Settings ：
 
+    ![1](lab0-1.png)
+
 4. 进入页面后，在左侧选择 `SSH and GPG keys`, 在右侧点击 `New SSH Key`。
 
+    ![2](lab0-2.png)
+
 5. 在框中粘贴入自己复制的公钥，点击 Add SSH key 即可。
 
 ### 使用 SSH 克隆仓库
 
 ```shell
 cd ~/data
-​
-# SSH克隆代码仓库（HTTPS克隆不稳定）
-git clone [email protected]:FDUCSLG/OS-24Fall-FDU.git
-```
 
-如果出现报错：（成功克隆则进入下一步）
-
-```shell
-Cloning into 'OS-24Fall-FDU'...
-[email protected]: Permission denied (publickey).
-fatal: Could not read from remote repository.
-​
-Please make sure you have the correct access rights
-and the repository exists.
+# SSH克隆代码仓库（HTTPS克隆不稳定）
+git clone [email protected]:FDUCSLG/OS-25Fall-FDU.git
 ```
 
-请检查前两步：在服务器上生成 SSH 和在 Github 上配置 SSH 是否正确完成。
+> [!info]
+>
+> 如果出现报错：（成功克隆则进入下一步）
+>
+> ```shell
+> Cloning into 'OS-25Fall-FDU'...
+> [email protected]: Permission denied (publickey).
+> fatal: Could not read from remote repository.
+> Please make sure you have the correct access rights
+> and the repository exists.
+> ```
+>
+> 请检查前两步：在服务器上生成 SSH 和在 Github 上配置 SSH 是否正确完成。
 
 ### 进入仓库，开始实验
 
 ```sh
-cd OS-24Fall-FDU
-​
+cd OS-25Fall-FDU
+
 # 切换到本实验分支
 git checkout lab0
-​
+
 # 新建一个dev分支
 git checkout -b lab0-dev
-​
+
 # 创建build目录用来构建运行内核
 mkdir -p build
 cd build
@@ -87,7 +92,7 @@ cmake ..
 
 之后每次构建运行内核只要在 `build` 目录下 `cmake .. && make qemu` 。
 
-**更新代码仓库**
+### 更新代码仓库
 
 本次实验中无需执行此部分，后续新实验发布后可参考此处更新代码仓库。
 
@@ -115,30 +120,34 @@ git merge lab1-dev
 
 本学期的实验将在 QEMU 模拟的 [virt 通用虚拟平台](https://www.qemu.org/docs/master/system/arm/virt.html) 上运行我们编写的内核。我们已经为大家配置好了 QEMU，运行内核只需在 `build` 目录下输入 `make qemu` 。
 
-**QEMU 命令解析（不要求掌握）**
+> [!info]
+>
+> **QEMU 命令解析（不要求掌握）**
+>
+> 本学期实验所用的 QEMU 命令如下：
+>
+> ```shell
+> qemu-system-aarch64 -machine virt,gic-version=3 \
+>     -cpu cortex-a72 \
+>     -smp 4 \
+>     -m 4096 \
+>     -nographic \
+>     -monitor none \
+>     -serial mon:stdio \
+>     -global virtio-mmio.force-legacy=false \
+>     -kernel kernel8.elf\ 
+> ```
+>
+> * `-machine virt,gic-version=3` 指定模拟的机器类型为 `virt`（QEMU 中用于模拟虚拟的 ARM 系统的标准平台）。 `gic-version=3` 指定要使用的全局中断控制器 (GIC) 的版本为 3，用于支持更现代的中断处理功能。
+> * `-cpu cortex-a72` 指定模拟的 CPU 类型为 Cortex-A72（一款高性能的 ARMv8 处理器）。
+> * `-smp 4` 表示要模拟 4 个 CPU 核心（即 4 个对称多处理单元），后续我们的实验将涉及 SMP 的内容。
+> * `-nographic` 配置 QEMU 运行在无图形输出模式下，即所有的输入输出都通过命令行界面进行，而不是通过 GUI 窗口。
+> * `-monitor none` 禁用 QEMU 的监控控制台（QEMU monitor），避免了干扰正常的输出流。
+> * `-serial mon:stdio` 将虚拟机的串行端口绑定到标准输入输出（stdio），这意味着虚拟机的输出会显示在当前的终端窗口中，输入也来自终端。
+> * `-global virtio-mmio.force-legacy=false` 配置 QEMU 中的 VirtIO 设备（VirtIO 是一种用于加速虚拟化设备的标准）。`virtio-mmio.force-legacy=false` 禁用 VirtIO MMIO 设备的传统模式，确保这些设备使用现代化的接口。
+> * `-kernel kernel8.elf` 指定要加载的内核镜像文件 `kernel8.elf`。QEMU 会在虚拟机中启动这个内核，模拟其运行环境。
 
-本学期实验所用的 QEMU 命令如下：
 
-```shell
-qemu-system-aarch64 -machine virt,gic-version=3 \
-    -cpu cortex-a72 \
-    -smp 4 \
-    -m 4096 \
-    -nographic \
-    -monitor none \
-    -serial mon:stdio \
-    -global virtio-mmio.force-legacy=false \
-    -kernel kernel8.elf\ 
-```
-
-* `-machine virt,gic-version=3` 指定模拟的机器类型为 `virt`（QEMU 中用于模拟虚拟的 ARM 系统的标准平台）。 `gic-version=3` 指定要使用的全局中断控制器 (GIC) 的版本为 3，用于支持更现代的中断处理功能。
-* `-cpu cortex-a72` 指定模拟的 CPU 类型为 Cortex-A72（一款高性能的 ARMv8 处理器）。
-* `-smp 4` 表示要模拟 4 个 CPU 核心（即 4 个对称多处理单元），后续我们的实验将涉及 SMP 的内容。
-* `-nographic` 配置 QEMU 运行在无图形输出模式下，即所有的输入输出都通过命令行界面进行，而不是通过 GUI 窗口。
-* `-monitor none` 禁用 QEMU 的监控控制台（QEMU monitor），避免了干扰正常的输出流。
-* `-serial mon:stdio` 将虚拟机的串行端口绑定到标准输入输出（stdio），这意味着虚拟机的输出会显示在当前的终端窗口中，输入也来自终端。
-* `-global virtio-mmio.force-legacy=false` 配置 QEMU 中的 VirtIO 设备（VirtIO 是一种用于加速虚拟化设备的标准）。`virtio-mmio.force-legacy=false` 禁用 VirtIO MMIO 设备的传统模式，确保这些设备使用现代化的接口。
-* `-kernel kernel8.elf` 指定要加载的内核镜像文件 `kernel8.elf`。QEMU 会在虚拟机中启动这个内核，模拟其运行环境。
 
 **`qemu` 的退出方法为： `Ctrl+A`，松开后按 `x`。**
 
@@ -156,10 +165,10 @@ qemu-system-aarch64 -machine virt,gic-version=3 \
 
 ## 5. 操作系统
 
-本课程的先修课程包括但不限于 COMP120006 程序设计，COMP130201计算机系统基础，COMP130191 计算机组成与体系结构。
+本课程的先修课程包括但不限于**程序设计**，**计算机系统基础**，**计算机组成与体系结构**。
 
-* **COMP120006 程序设计**中，我们学习了用 C 语言编写**用户态**程序。**用户态**这一概念是相较于操作系统的**内核态**而言的，本课程实验的重心即为内核态编程。在后续的实验中，我们将逐步理解（1）用户态/内核态的定义；（2）划分用户态/内核态的意义；（3）用户态与内核态的交互等问题。
-* **COMP130201 计算机系统基础**与 **COMP130191 计算机组成与体系结构**中，我们初步认识了计算机系统中的各类硬件组成，如 CPU，内存，缓存，外设等等。操作系统内核的作用在于**管理并虚拟化（或者说抽象）这些资源** \[1]。在后续的实验中，我们将逐步理解虚拟化这一概念。
+* **程序设计**中，我们学习了用 C 语言编写**用户态**程序。**用户态**这一概念是相较于操作系统的**内核态**而言的，本课程实验的重心即为内核态编程。在后续的实验中，我们将逐步理解（1）用户态/内核态的定义；（2）划分用户态/内核态的意义；（3）用户态与内核态的交互等问题。
+* **计算机系统基础**与 **计算机组成与体系结构**中，我们初步认识了计算机系统中的各类硬件组成，如 CPU，内存，缓存，外设等等。操作系统内核的作用在于**管理并虚拟化（或者说抽象）这些资源** \[1]。在后续的实验中，我们将逐步理解虚拟化这一概念。
 * 除此以外，一系列软件开发实践中的重要问题，如并发和持久化，也将由操作系统中的特定的机制或策略解决。
 
 换而言之，操作系统是「硬件资源」与「用户态程序」的中间层，负责管理用户态程序对于硬件资源的访问（随着学习的深入，我们将对这一命题做出补充）。
@@ -168,27 +177,31 @@ qemu-system-aarch64 -machine virt,gic-version=3 \
 
 在 `build` 目录中执行 `make qemu` 后，构建系统将自动编译操作系统内核并启动 QEMU 运行内核。下面我们将介绍本实验操作系统内核的启动流程。
 
-**入口：梦开始的地方**
+### 入口：梦开始的地方
 
 我们通过链接器脚本（请见第7节）指定内核的入口为 `_start (src/start.S:28)` 函数。
 
-**为什么入口函数不是 `main` 函数？**
-
-在学习用户态 C 语言编程时，我们认为 `main` 函数是程序的入口。然而，这一说法省略了编译层面的一些重要细节，编译器会在 `main` 函数插入一系列初始化代码，因而 `main` 函数不是函数严格意义上的入口（相关背景知识请自行回顾 COMP130201 计算机系统基础）。同样，尽管我们的内核定义了 `main` 函数，我们仍需要将入口设为 `_start` 函数并完成一些必要的准备动作。
+> [!note]
+>
+> **为什么入口函数不是 `main` 函数？**
+>
+> 在学习用户态 C 语言编程时，我们认为 `main` 函数是程序的入口。然而，这一说法省略了编译层面的一些重要细节，编译器会在 `main` 函数插入一系列初始化代码，因而 `main` 函数不是函数严格意义上的入口（相关背景知识请自行回顾**计算机系统基础**）。同样，尽管我们的内核定义了 `main` 函数，我们仍需要将入口设为 `_start` 函数并完成一些必要的准备动作。
+>
+> 目前，我们无需深究 `_start` 函数中的细节，具体内容我们会在合适的时机提供解读文档。
 
-目前，我们无需深究 `_start` 函数中的细节，具体内容我们会在合适的时机提供解读文档。
-
-**`main`：内核，启动！**
+### `main`：内核，启动！
 
 `_start` 函数最终会跳转到 `main` 函数。在 `main` 函数中，我们将完成内核的初始化工作。至此，我们已经成功启动了我们的内核。
 
 目前，`main` 函数中的主要内容是一个分支判断，其作用是区分 CPU 0 和其余核心的初始化逻辑。下面我们具体介绍之。
 
-**对称多处理器（SMP）**
+### 对称多处理器（SMP）
 
 现代计算机广泛采用多处理器架构，感兴趣的同学可以通过 `lscpu` 命令查看我们服务器的处理器信息。同样地，我们的内核运行在 QEMU 虚拟出来的 4 核机器上。这 4 个核心可以并发（或者说并行，在这里我们暂不严格区分这两个概念）地执行不同的指令流。
 
-**注意**：以下内容可能理解难度较高，因此为了完成实验任务，请着重注意加粗字体。此外，欢迎在 Github Issues 区提出问题。随着本课程实验的进行，同学们将逐步加深对这些问题的理解。
+> [!warning]
+>
+> **注意**：以下内容可能理解难度较高，因此为了完成实验任务，请着重注意加粗字体。此外，欢迎在 Github Issues 区提出问题。随着本课程实验的进行，同学们将逐步加深对这些问题的理解。
 
 在我们的实验平台上，机器启动时仅有一个核（CPU 0）处于唤醒状态。作为唯一一个唤醒的核心，其主要负责：
 
@@ -200,40 +213,45 @@ qemu-system-aarch64 -machine virt,gic-version=3 \
 * CPU 0 启动核心，并完成一系列初始化动作，最后放行其他核心。
 * 其余核心被 CPU 0 唤醒后，等待 CPU 0 完成初始化动作并放行。
 
-**任务 1**
-
-CPU 0 完成内核服务初始化后，打印 "Hello, world! (Core 0)" （提示：上面介绍了如何打印字符串）。
-
-**任务 2**
-
-其余 CPU 被放行后，各自打印 "Hello, world! (Core \<cpuid>)" （提示：上面介绍了如何打印字符串）。
-
-**预期输出**（后面三行的顺序可变）
-
-```shell
-Hello, world! (Core 0)
-Hello, world! (Core 2)
-Hello, world! (Core 3)
-Hello, world! (Core 1)
-```
+> [!important]
+> **任务 1**
+>
+> CPU 0 完成内核服务初始化后，打印 "Hello, world! (Core 0)" （提示：上面介绍了如何打印字符串）。
+>
+> **任务 2**
+>
+> 其余 CPU 被放行后，各自打印 "Hello, world! (Core \<cpuid>)" （提示：上面介绍了如何打印字符串）。
+
+> [!info]
+>
+> **预期输出**（后面三行的顺序可变）
+>
+> ```shell
+> Hello, world! (Core 0)
+> Hello, world! (Core 2)
+> Hello, world! (Core 3)
+> Hello, world! (Core 1)
+> ```
 
 ## 7. 链接器脚本
 
 链接器脚本位于 `src/linker.ld`。
 
 我们执行 `make qemu` 编译内核并启动QEMU，编译内核得到的产物是一个 ELF 文件。此 ELF 文件同我们之前用户态程序的 ELF 文件一样，具有 `text`，`rodata`，`bss` 等段，而链接器脚本规定了这些段在内存中的位置。
 
-**复习**
-
-如果对 ELF 文件的结构及上述 `text`，`rodata`，`bss` 等段的性质不熟悉，请复习 COMP130201 计算机系统基础所学相关内容。
+> [!caution]
+>
+> **复习**
+>
+> 如果对 ELF 文件的结构及上述 `text`，`rodata`，`bss` 等段的性质不熟悉，请复习 **计算机系统基础** 所学相关内容。
 
 此外，链接器脚本还暴露了一系列符号，用于描述内存地址。举例如下：
 
 ```linker-script
 PROVIDE(data = .);
 .data : AT(ADDR(.data) - 0xFFFF000000000000) {
-	*(.data)
-	*(.data.*)
+    *(.data)
+    *(.data.*)
 }
 PROVIDE(edata = .);
 ```
@@ -251,21 +269,21 @@ extern char data[], edata[];
 printf("data is %p; edata is %p", (void*)data, (void*)edata);
 ```
 
-
-**任务 3**
-
-按照惯例 BSS 段应当置零（为什么？请复习 COMP130201 计算机系统基础或咨询助教）。然而，当操作系统内核被装载到内存中时，BSS 段对应的内存无法保证是置零状态（因为很多时候没有比操作系统更高一级的有关方面来负责“打扫”内存，此时操作系统内核本身就是内存的管理者）。因此，请在CPU 0 进行内核初始化前增加**清零 BSS 段**的逻辑。
-
-**提示 1**: 清零 BSS 段首先需要获取 BSS 段起始和终止的地址，上面已经演示了如何获取某段的起始和终止地址。
-
-**提示 2**: 查找 `memset` 函数，使用此函数清零一段连续的内存空间。
-
+> [!important]
+>
+> **任务 3**
+>
+> 按照惯例 BSS 段应当置零（为什么？请复习计算机系统基础或咨询助教）。然而，当操作系统内核被装载到内存中时，BSS 段对应的内存无法保证是置零状态（因为很多时候没有比操作系统更高一级的有关方面来负责“打扫”内存，此时操作系统内核本身就是内存的管理者）。因此，请在CPU 0 进行内核初始化前增加**清零 BSS 段**的逻辑。
+>
+> **提示 1**: 清零 BSS 段首先需要获取 BSS 段起始和终止的地址，上面已经演示了如何获取某段的起始和终止地址。
+>
+> **提示 2**: 查找 `memset` 函数，使用此函数清零一段连续的内存空间。
 
 ## 8. 提交
 
 **提交方式**：将实验报告提交到 elearning 上，格式为`学号-lab0.pdf`。本次实验中，**报告不计分**。
 
-**截止时间**： **9 月 13 日 23:59**。逾期提交将扣除部分分数。
+**截止时间**： **9 月 19 日 23:59**。逾期提交将扣除部分分数。
 
 报告中可以包括下面内容