MangoCore — 双架构裸机 Rust 内核

项目概述

MangoCore 是一个 #![no_std] 裸机 Rust 内核，支持 riscv64 和 loongarch64 双架构，通过 OpenSBI 在 QEMU 上运行。项目面向操作系统内核竞赛开发，实现了约 218 个 Linux 兼容的系统调用，涵盖进程管理、虚拟内存、文件系统、网络、进程间通信和事件通知。架构设计参考了 DragonOS 的 VFS/MountFS 设计模式，行为语义以 Linux 6.6 为基准。

系统架构

QEMU
  |
  v
OpenSBI (M-mode)
  |
  v
entry.asm (S-mode)
  |
  v
rust_main()
  |-- console::init()
  |-- mm::init()
  |-- drivers::init()
  |-- fs::init()
  |-- net::init()
  |-- task::init()  [loads initproc ELF]
  |-- run_tasks()

内核从 QEMU 穿过 OpenSBI 固件（机器态）进入内核入口点（监管者态），然后自底向上初始化各子系统：控制台、内存管理、设备驱动、文件系统、网络，最后是任务调度器，负责加载并运行初始进程。

功能矩阵

类别	功能	状态	测试覆盖
进程	clone/fork/execve/wait4	完成	LTP clone*, fork*, wait*
内存	SV39/MAP_SHARED/CoW/zRAM	完成	LTP mmap*, munmap*, mprotect*
文件系统	ext4/fat32/tmpfs/ramfs/procfs/devfs	完成	LTP open*, read*, write*, stat*
网络	TCP/UDP/RAW/Unix/Netlink/Packet	完成	LTP socket*, iperf, netperf
进程间通信	futex/SysV msg/sem/shm	完成	LTP futex*, sem*, shm*
事件	epoll/eventfd/signalfd/pidfd	完成	LTP epoll*, eventfd*
定时器	POSIX timer/nanosleep/clock	完成	LTP timer*, nanosleep*
架构	riscv64 + loongarch64 HAL	完成	双架构编译通过
驱动	virtio 块/网卡, PCI	完成	QEMU 启动
系统调用	~218 个	完成	OSComp basic/busybox/lua/libctest

快速开始

所有编译均在 Docker 容器内执行。这是唯一受支持的构建环境。

# 进入容器
make docker

# 仅编译内核（快速，适合迭代开发）
cd os && make rv64-kernel-build-only
cd os && make la64-kernel-build-only

# 构建完整镜像并在 QEMU 中运行
cd os && make rv64-only   # 构建 rv64 内核 + 用户态 + 镜像
cd os && make la64-only   # 构建 la64 内核 + 用户态 + 镜像
make rv64-run             # 在 QEMU 中运行 rv64（从项目根目录）
make la64-run             # 在 QEMU 中运行 la64

注意： 双架构使用不同的 nightly 工具链。禁止并行构建或放在同一命令行执行 — 请始终分开运行 rv64-* 和 la64-* 目标。

测试

测试选择由 os_test.conf 中的 mask 字段控制（12 位掩码）：

掩码	测试组
0x001	basic
0x003	basic + busybox
0x800	LTP
0xFFF	全量（仅用于最终评测）

# 快速冒烟测试
cd os && make rv64-run

# 全自动测试套件（双架构）
python3 scripts/run_full_test.py

# 注入自定义测试配置
make -C os conf-inject CONF_ARCH=rv64 CONF_BLK_MODE=virt CONF_FILE=../os_test.conf

测试镜像从 oscomp-testsuits-for-oskernel 仓库独立分发。

项目结构

os/            内核源码（#![no_std] 裸机）
user/          用户态程序和 C 库
docs/          文档（结构化，按测试映射）
scripts/       构建、测试和分析脚本
Makefile       顶层构建编排

内核源码树采用模块化结构：HAL（硬件抽象层）隔离 riscv64 和 loongarch64 的架构相关代码；VFS（虚拟文件系统）提供受 DragonOS 启发的分层设计；系统调用分发器将约 218 个系统调用路由到领域特定的处理函数。

文档

• docs/README.md — 文档索引和导航
• docs/CONTRIBUTING.md — 文档标准和约定
• docs/08_testing/ — LTP 和 OSComp 测试映射
• docs/Work_Log.md — 开发日志和变更记录

开发规则

• Docker 优先： 所有编译在容器内执行，不依赖宿主机工具链。
• 禁止并行双架构编译： riscv64 和 loongarch64 工具链冲突，必须串行执行。
• 永远不要直接编辑 lang_items.rs： 编辑 lang_items.rs.rv 或 lang_items.rs.la 变体。user/src/lang_items.rs 同样适用。
• 每次 PTE 修改后必须刷新 TLB： 使用 sfence.vma（riscv64）或 invtlb（loongarch64）。这是最常见的内存 bug 来源。
• 不要在等待点持有锁： 克隆 Arc，释放锁，再执行操作。
• 修复根因： 永远不要采用临时绕过方案。
• 更新 docs/Work_Log.md： 每次代码修改后必须按 mango-worklog 格式更新。
• 双架构编译验证： 每次变更必须同时通过 make rv64-kernel-build-only 和 make la64-kernel-build-only。
• 返回值约定： 系统调用处理函数成功返回 >= 0，失败返回负 errno（例如 -11 表示 EAGAIN）。

参考资料

• DragonOS — VFS/MountFS 架构设计参考
• Linux 6.6 — 系统调用语义和行为参考
• smoltcp — TCP/IP 协议栈
• virtio-drivers — Virtio 设备驱动