本章在第六章"文件系统"的基础上，引入了两大新机制：
- 管道（Pipe）：基于文件描述符的进程间通信机制，用于父子进程之间的单向数据传递
- 信号（Signal）：异步事件通知机制，允许一个进程向另一个进程发送事件通知
通过本章的学习和实践，你将理解：
- 管道的概念、创建和使用流程
- 管道的内部实现：环形缓冲区（Ring Buffer）
- 统一的文件描述符抽象：文件、管道、标准 I/O 共享同一套接口
- 信号的概念：信号集、信号屏蔽字、信号处理函数
- 信号的发送（kill）、注册（sigaction）、屏蔽（sigprocmask）和返回（sigreturn）
- 命令行参数的传递和 I/O 重定向的原理
前置知识：建议先完成第一章至第六章的学习，理解裸机启动、Trap 处理、系统调用、多任务调度、虚拟内存、进程管理和文件系统。
- 学：读本文件，了解相关OS知识，在某个开发环境（在线或本地）中正确编译运行rcore-tutorial-ch7。
- 教：分析并改进rcore-tutorial-ch7的文档和代码，让自己更高效地完成本章学习。
- 用：基于rcore-tutorial-ch7的源代码，实现用户态简化版吃豆人游戏应用，还原经典玩法核心等基本功能；并扩展操作系统内核功能，支持用户态简化版吃豆人游戏应用。demo
注：与AI充分合作，并保存与AI合作的交互过程，总结如何做到与AI合作提升自己的操作系统知识与能力。
ch7/
├── .cargo/
│ └── config.toml # Cargo 配置：交叉编译目标和 QEMU runner
├── .gitignore # Git 忽略规则
├── build.rs # 构建脚本：编译用户程序，打包 easy-fs 磁盘镜像
├── Cargo.toml # 项目配置与依赖
├── LICENSE # GPL v3 许可证
├── README.md # 本文档
├── rust-toolchain.toml # Rust 工具链配置
├── test.sh # 自动测试脚本
└── src/
├── main.rs # 内核主体：初始化、调度循环、系统调用实现（含信号处理）
├── fs.rs # 文件系统管理 + 统一的 Fd 枚举
├── process.rs # 进程结构：含 fd_table 和 signal
├── processor.rs # 处理器管理：进程管理器
└── virtio_block.rs # VirtIO 块设备驱动
本章建议按“统一 fd 抽象 -> 管道数据流 -> 信号状态机”三条线并行阅读。
| 阅读顺序 | 文件 | 重点问题 |
|---|---|---|
| 1 | src/fs.rs |
为什么要用 Fd 枚举统一文件/管道/标准 I/O？ |
| 2 | src/main.rs 的 impls::IO |
pipe、read、write 如何共享同一套 fd_table 入口？ |
| 3 | src/process.rs |
进程信号状态在 from_elf、fork、exec 中如何继承/重置？ |
| 4 | src/main.rs Trap 主循环 |
为什么在 syscall 返回前处理信号，处理结果如何影响进程存活？ |
| 5 | src/main.rs 的 impls::Signal |
kill/sigaction/sigprocmask/sigreturn 的内核语义是什么？ |
配套建议：结合 tg-rcore-tutorial-signal / tg-rcore-tutorial-signal-impl 注释阅读，重点关注 handle_signals 的决策流程。
- 能解释为什么要用统一
Fd枚举承载“文件/管道/标准IO” - 能从代码说明
pipe建立后父子进程如何通过读写端通信 - 能说明信号的发送、注册、屏蔽、返回四个关键 syscall 语义
- 能解释“syscall 返回前检查信号”对进程退出路径的影响
- 能执行
./test.sh base并通过本章基础测试
| 核心概念 | 源码入口 | 自测方式（命令/现象） |
|---|---|---|
| 统一 fd 抽象 | tg-rcore-tutorial-ch7/src/fs.rs 的 Fd 枚举 |
同一 read/write 入口可操作文件与管道 |
| 管道通信 | tg-rcore-tutorial-ch7/src/main.rs 的 impls::IO::pipe |
运行 tg-rcore-tutorial-ch7b_pipetest 可观察父子通信成功 |
| 信号状态管理 | tg-rcore-tutorial-ch7/src/process.rs 的 signal 字段与 fork 继承 |
子进程信号处理配置符合预期 |
| 信号 syscall | tg-rcore-tutorial-ch7/src/main.rs 的 impls::Signal |
kill/sigaction/sigprocmask/sigreturn 行为正确 |
遇到构建/运行异常可先查看根文档的“高频错误速查表”。
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
source "$HOME/.cargo/env"验证：
rustc --version # 要求 >= 1.85.0（支持 edition 2024）
cargo --versionrustup target add riscv64gc-unknown-none-elfUbuntu / Debian：
sudo apt update
sudo apt install qemu-system-miscmacOS（Homebrew）：
brew install qemu验证：
qemu-system-riscv64 --version # 建议 >= 7.0cargo install cargo-clone
cargo install cargo-binutils
rustup component add llvm-tools方式一：只获取本实验
cargo clone tg-rcore-tutorial-ch7
cd tg-rcore-tutorial-ch7方式二：获取所有实验
git clone --recurse-submodules https://github.com/rcore-os/tg-rcore-tutorial.git
cd tg-rcore-tutorial-ch7cargo build构建过程与第六章相同：build.rs 会自动下载编译 tg-rcore-tutorial-user 用户程序，打包到 fs.img 磁盘镜像中。
环境变量说明：
TG_USER_DIR：指定本地 tg-rcore-tutorial-user 源码路径TG_USER_VERSION：指定 tg-rcore-tutorial-user 版本（默认0.2.0-preview.1）TG_SKIP_USER_APPS：跳过用户程序编译LOG：设置日志级别
cargo runQEMU 命令与第六章相同（挂载 fs.img 块设备）：
qemu-system-riscv64 \
-machine virt \
-nographic \
-bios none \
-drive file=target/riscv64gc-unknown-none-elf/debug/fs.img,if=none,format=raw,id=x0 \
-device virtio-blk-device,drive=x0,bus=virtio-mmio-bus.0 \
-kernel target/riscv64gc-unknown-none-elf/debug/tg-rcore-tutorial-ch7[tg-rcore-tutorial-ch7 ...] Hello, world!
[ INFO] .text ---> 0x80200000..0x8023xxxx
[ INFO] .rodata ---> 0x8023xxxx..0x8024xxxx
[ INFO] .data ---> 0x8024xxxx..0x81exxxxx
[ INFO] .boot ---> 0x81exxxxx..0x81exxxxx
[ INFO] (heap) ---> 0x81exxxxx..0x83200000
[ INFO] MMIO range -> 0x10001000..0x10002000
Rust user shell
>> ch7b_pipetest
Read OK, child process exited!
pipetest passed!
Shell: Process 2 exited with code 0
>>
你可以在 Shell 中运行管道测试程序：
tg-rcore-tutorial-ch7b_pipetest：父进程通过管道向子进程传递字符串tg-rcore-tutorial-ch7b_pipe_large_test：通过两个管道实现父子进程双向通信
./test.sh # 运行基础测试
./test.sh base # 等价于上面
./test.sh all # 运行全部测试（ch7 仅有基础测试）在前几章中，各个进程是完全独立的，它们无法直接交换数据。但在实际操作系统中，进程协作是非常常见的需求：
| 场景 | 说明 |
|---|---|
| 管道命令 | cat file.txt | grep "hello" —— 前一个进程的输出作为后一个进程的输入 |
| 服务通信 | Web 服务器将请求转发给后端处理进程 |
| 父子协作 | 父进程 fork 子进程后通过管道交换数据 |
管道 是最基本的 IPC 机制之一，它提供了一种简单的单向数据通道。
管道是一对文件描述符：读端（read end）和写端（write end），数据从写端流向读端。
┌──────────┐ ┌──────────────────────────┐ ┌──────────┐
│ 父进程 │ │ 管道 │ │ 子进程 │
│ │ │ ┌──────────────────────┐ │ │ │
│ write(fd) ──→ │ │ 环形缓冲区 │ │ ──→ read(fd) │
│ │ │ │ [H|e|l|l|o|_|_|_|_] │ │ │ │
│ │ │ └──────────────────────┘ │ │ │
└──────────┘ └──────────────────────────┘ └──────────┘
写端 读端
典型的管道使用流程：
1. 父进程调用 pipe() 创建管道
┌─────────────────────┐
│ fd_table: │
│ ... │
│ [3] = PipeRead │ ← 读端
│ [4] = PipeWrite │ ← 写端
└─────────────────────┘
2. 父进程调用 fork() 创建子进程
父进程和子进程都拥有 fd[3]（读端）和 fd[4]（写端）
3. 子进程关闭写端 close(4)，父进程关闭读端 close(3)
父进程：write(4, "Hello") → 管道 → 子进程：read(3, buf)
4. 通信完毕后，各自关闭剩余的 fd
管道内部使用环形缓冲区（Ring Buffer）存储数据：
PipeRingBuffer:
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ C │ │ │ │ │ │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘
↑head ↑tail
读取位置 写入位置
状态：
- EMPTY：head == tail 且已知为空
- FULL：head == tail 且已知为满
- NORMAL：其他情况
关键行为：
- 读取（read）：从 head 位置读取，head 向前移动。如果缓冲区为空，暂停当前进程等待数据。
- 写入（write）：向 tail 位置写入，tail 向前移动。如果缓冲区满，暂停当前进程等待读取。
- 所有写端关闭：缓冲区中残余数据读完后，read 返回 0 表示 EOF。
/// 创建管道
/// pipe: 用户空间的 usize[2] 数组地址
/// 返回：pipe[0] = 读端 fd，pipe[1] = 写端 fd
fn pipe(&self, pipe: usize) -> isize本章引入了 Fd 枚举，将所有文件描述符类型统一管理：
pub enum Fd {
File(FileHandle), // 普通磁盘文件
PipeRead(PipeReader), // 管道读端
PipeWrite(Arc<PipeWriter>), // 管道写端
Empty { read, write }, // 空描述符（stdin/stdout/stderr）
}统一接口的好处：
- read/write 系统调用不需要知道 fd 的具体类型
- 文件和管道可以混合使用（如 I/O 重定向）
- fork 时子进程自动继承所有类型的 fd
信号是异步事件通知机制。进程可以在任意时刻收到信号，类似于硬件中断对 CPU 的打断。
常见信号：
| 信号 | 编号 | 默认行为 | 说明 |
|---|---|---|---|
| SIGKILL | 9 | 终止进程 | 不可捕获、不可忽略 |
| SIGINT | 2 | 终止进程 | Ctrl+C |
| SIGTERM | 15 | 终止进程 | 请求终止 |
| SIGCHLD | 17 | 忽略 | 子进程状态变化 |
| SIGUSR1/2 | 10/12 | 终止进程 | 用户自定义 |
进程 A 进程 B
│ │
│── kill(pid_B, SIGUSR1) ──→ │
│ │ （信号加入 received 位图）
│ │
│ │ ← syscall 返回前检查信号
│ │
│ │ 调用注册的信号处理函数
│ │ （或执行默认行为）
│ │
│ │ ← sigreturn 恢复原执行流
每个进程的信号处理器（SignalImpl）维护：
pub struct SignalImpl {
received: SignalSet, // 已接收的信号（位图）
mask: SignalSet, // 信号屏蔽字（被屏蔽的信号不处理）
handling: Option<HandlingSignal>, // 正在处理的信号状态
actions: [Option<SignalAction>; MAX_SIG+1], // 信号处理函数表
}| 系统调用 | 功能 |
|---|---|
kill(pid, signum) |
向指定进程发送信号 |
sigaction(signum, action, old_action) |
设置/获取信号处理函数 |
sigprocmask(mask) |
更新信号屏蔽字 |
sigreturn() |
从信号处理函数返回，恢复原上下文 |
在本实现中，信号处理发生在系统调用返回用户态之前：
// 系统调用执行完毕后
match task.signal.handle_signals(ctx) {
SignalResult::ProcessKilled(exit_code) => {
// 收到终止信号，进程退出
},
_ => {
// 正常返回系统调用结果
}
}虽然本 tg-rcore-tutorial-ch7 实现未完整支持命令行参数传递，但这是第七章教学内容的重要部分。
exec("program", ["arg1", "arg2"])
用户栈布局：
┌──────────────┐ 高地址
│ argv[0] 指针 │ → "program\0"
│ argv[1] 指针 │ → "arg1\0"
│ argv[2] 指针 │ → "arg2\0"
│ 0 (终止符) │
├──────────────┤
│ "program\0" │
│ "arg1\0" │
│ "arg2\0" │
├──────────────┤ ← user_sp（对齐到 8 字节）
│ ... │
└──────────────┘ 低地址
进入用户态时，a0 = argc（参数个数），a1 = argv（参数数组指针）。
I/O 重定向通过文件描述符的"关闭-复制"技巧实现：
输出重定向：program > output.txt
1. fork() 创建子进程
2. 子进程中：
fd = open("output.txt", CREATE|WRONLY) // 假设 fd = 3
close(1) // 关闭 stdout
dup(3) // 复制 fd 3 → 得到 fd 1
close(3) // 关闭原始 fd
exec("program") // 程序的 stdout 现在指向 output.txt
| syscall ID | 名称 | 功能 | 状态 |
|---|---|---|---|
| 59 | pipe |
创建管道 | 新增 |
| 129 | kill |
发送信号 | 新增 |
| 134 | sigaction |
设置信号处理 | 新增 |
| 135 | sigprocmask |
设置屏蔽字 | 新增 |
| 139 | sigreturn |
信号返回 | 新增 |
| 56 | open |
打开文件 | 继承 |
| 57 | close |
关闭 fd | 继承 |
| 63 | read |
读取（扩展：支持管道） | 扩展 |
| 64 | write |
写入（扩展：支持管道） | 扩展 |
| 93 | exit |
退出进程 | 继承 |
| 220 | fork |
创建子进程（扩展：继承信号配置） | 扩展 |
| 221 | exec |
替换程序 | 继承 |
| 260 | wait |
等待子进程 | 继承 |
与第六章的区别：
- 新增
tg_syscall::init_signal()初始化信号系统调用 - 主调度循环中，系统调用返回前新增信号处理：
SignalResult::ProcessKilled：进程被终止信号杀死- 其他情况：正常处理系统调用返回值
impls模块新增Signaltrait 实现（kill/sigaction/sigprocmask/sigreturn）impls模块新增pipe系统调用实现
核心变化：统一的 Fd 枚举
Fd::File(FileHandle)：普通磁盘文件Fd::PipeRead(PipeReader)：管道读端Fd::PipeWrite(Arc<PipeWriter>)：管道写端Fd::Empty { read, write }：空描述符（stdin/stdout/stderr）
所有类型都实现了 readable()、writable()、read()、write() 方法。
与第六章的区别：
fd_table类型从Vec<Option<Mutex<FileHandle>>>变为Vec<Option<Mutex<Fd>>>- 新增
signal: Box<dyn Signal>字段 fork()通过self.signal.from_fork()让子进程继承信号配置from_elf()使用Fd::Empty初始化 stdin/stdout/stderr
与第六章相比新增的依赖：
| 依赖 | 说明 |
|---|---|
tg-rcore-tutorial-signal |
信号模块 trait 定义（Signal、SignalResult、SignalNo） |
tg-rcore-tutorial-signal-impl |
信号模块参考实现（SignalImpl） |
信号 crate 依赖关系：
tg-rcore-tutorial-ch7
├── tg-rcore-tutorial-signal-impl → tg-rcore-tutorial-signal → tg-rcore-tutorial-signal-defs → numeric-enum-macro
├── tg-rcore-tutorial-signal
└── tg-rcore-tutorial-syscall → tg-rcore-tutorial-signal-defs
通过本章的学习和实践，你完成了操作系统中进程间通信的核心机制：
- 管道机制：基于环形缓冲区的单向数据通道，通过 pipe 系统调用创建
- 统一文件描述符：Fd 枚举将文件、管道、标准 I/O 统一为一套接口
- 信号机制：异步事件通知，支持信号发送、处理函数注册、屏蔽和返回
- 命令行参数：通过用户栈传递参数给程序
- I/O 重定向：通过文件描述符的关闭-复制技巧实现
-
管道 vs 共享内存：管道通过内核缓冲区传递数据，而共享内存允许进程直接访问同一块物理内存。各有什么优缺点？什么场景下应该使用哪种？
-
管道的阻塞语义：当管道缓冲区为空时，读取操作应该阻塞等待。在本实现中，这种"阻塞"是如何实现的？（提示：任务切换）
-
信号 vs 管道：信号和管道都是 IPC 机制，但它们的适用场景有何不同？信号能传递数据吗？
-
信号处理时机：本实现中信号在系统调用返回前处理。如果进程正在执行用户态代码（没有系统调用），信号什么时候被处理？理想的实现应该是什么样的？
-
fork 后的管道共享：fork 后父子进程共享管道的读端和写端。为什么通常需要在子进程中关闭不需要的一端？如果不关闭会有什么问题？
-
环形缓冲区的大小：管道的环形缓冲区大小是固定的。如果写入的数据量超过缓冲区大小会发生什么？Linux 中管道的默认缓冲区大小是多少？
- rCore-Tutorial-Guide 第七章
- rCore-Tutorial-Book 第七章
- Linux pipe(2) man page
- Linux signal(7) man page
- UNIX 进程间通信
| 操作系统内核 | 所涉及核心知识点 | 主要完成功能 | 所依赖的组件 |
|---|---|---|---|
| tg-rcore-tutorial-ch1 | 应用程序执行环境 裸机编程（Bare-metal） SBI（Supervisor Binary Interface） RISC-V 特权级（M/S-mode） 链接脚本（Linker Script） 内存布局（Memory Layout） Panic 处理 |
最小 S-mode 裸机程序 QEMU 直接启动（无 OpenSBI） 打印 "Hello, world!" 并关机 演示最基本的 OS 执行环境 |
tg-rcore-tutorial-sbi |
| tg-rcore-tutorial-ch2 | 批处理系统（Batch Processing） 特权级切换（U-mode ↔ S-mode） Trap 处理（ecall / 异常） 上下文保存与恢复 系统调用（write / exit） 用户态 / 内核态 sret 返回指令 |
批处理操作系统 顺序加载运行多个用户程序 特权级切换和 Trap 处理框架 实现 write / exit 系统调用 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-syscall |
| tg-rcore-tutorial-ch3 | 多道程序（Multiprogramming） 任务控制块（TCB） 协作式调度（yield） 抢占式调度（Preemptive） 时钟中断（Clock Interrupt） 时间片轮转（Time Slice） 任务切换（Task Switch） 任务状态（Ready/Running/Finished） clock_gettime 系统调用 |
多道程序与分时多任务 多程序同时驻留内存 协作式 + 抢占式调度 时钟中断与时间管理 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-syscall |
| tg-rcore-tutorial-ch4 | 虚拟内存（Virtual Memory） Sv39 三级页表（Page Table） 地址空间隔离（Address Space） 页表项（PTE）与标志位 地址转换（VA → PA） 异界传送门（MultislotPortal） ELF 加载与解析 堆管理（sbrk） 恒等映射（Identity Mapping） 内存保护（Memory Protection） satp CSR |
引入 Sv39 虚拟内存 每个用户进程独立地址空间 跨地址空间上下文切换 进程隔离和内存保护 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-kernel-alloc tg-rcore-tutorial-kernel-vm tg-rcore-tutorial-syscall |
| tg-rcore-tutorial-ch5 | 进程（Process） 进程控制块（PCB） 进程标识符（PID） fork（地址空间深拷贝） exec（程序替换） waitpid（等待子进程） 进程树 / 父子关系 初始进程（initproc） Shell 交互式命令行 进程生命周期（Ready/Running/Zombie） 步幅调度（Stride Scheduling） |
引入进程管理 fork / exec / waitpid 系统调用 动态创建、替换、等待进程 Shell 交互式命令行 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-kernel-alloc tg-rcore-tutorial-kernel-vm tg-rcore-tutorial-syscall tg-rcore-tutorial-task-manage |
| tg-rcore-tutorial-ch6 | 文件系统（File System） easy-fs 五层架构 SuperBlock / Inode / 位图 DiskInode（直接+间接索引） 目录项（DirEntry） 文件描述符表（fd_table） 文件句柄（FileHandle） VirtIO 块设备驱动 MMIO（Memory-Mapped I/O） 块缓存（Block Cache） 硬链接（Hard Link） open / close / read / write 系统调用 |
引入文件系统与 I/O 用户程序存储在磁盘镜像（fs.img） VirtIO 块设备驱动 easy-fs 文件系统实现 文件打开 / 关闭 / 读写 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-kernel-alloc tg-rcore-tutorial-kernel-vm tg-rcore-tutorial-syscall tg-rcore-tutorial-task-manage tg-rcore-tutorial-easy-fs |
| tg-rcore-tutorial-ch7 | 进程间通信（IPC） 管道（Pipe） 环形缓冲区（Ring Buffer） 统一文件描述符（Fd 枚举） 信号（Signal） 信号集（SignalSet） 信号屏蔽字（Signal Mask） 信号处理函数（Signal Handler） kill / sigaction / sigprocmask / sigreturn 命令行参数（argc / argv） I/O 重定向（dup） |
进程间通信-管道 异步事件通知（信号） 统一文件描述符抽象 信号发送 / 注册 / 屏蔽 / 返回 |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-kernel-alloc tg-rcore-tutorial-kernel-vm tg-rcore-tutorial-syscall tg-rcore-tutorial-task-manage tg-rcore-tutorial-easy-fs tg-rcore-tutorial-signal tg-rcore-tutorial-signal-impl |
| tg-rcore-tutorial-ch8 | 同步互斥（Sync&Mutex） 线程（Thread）/ 线程标识符（TID） 进程-线程分离 竞态条件（Race Condition） 临界区（Critical Section） 互斥（Mutual Exclusion） 互斥锁（Mutex：自旋锁 vs 阻塞锁） 信号量（Semaphore：P/V 操作） 条件变量（Condvar） 管程（Monitor：Mesa 语义） 线程阻塞与唤醒（wait queue） 死锁（Deadlock）/ 死锁四条件 银行家算法（Banker's Algorithm） 双层管理器（PThreadManager） |
进程-线程分离 同一进程内多线程并发 互斥锁（MutexBlocking） 信号量（Semaphore） 条件变量（Condvar） 线程阻塞与唤醒机制 死锁检测（练习） |
tg-rcore-tutorial-sbi tg-rcore-tutorial-linker tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-kernel-alloc tg-rcore-tutorial-kernel-vm tg-rcore-tutorial-syscall tg-rcore-tutorial-task-manage tg-rcore-tutorial-easy-fs tg-rcore-tutorial-signal tg-rcore-tutorial-signal-impl tg-rcore-tutorial-sync |
| 功能组件 | 所涉及核心知识点 | 主要完成功能 | 所依赖的组件 |
|---|---|---|---|
| tg-rcore-tutorial-sbi | SBI（Supervisor Binary Interface） console_putchar / console_getchar 系统关机（shutdown） RISC-V 特权级（M/S-mode） ecall 指令 |
S→M 模式的 SBI 调用封装 字符输出 / 字符读取 系统关机 支持 nobios 直接操作 UART |
无 |
| tg-rcore-tutorial-console | 控制台 I/O 格式化输出（print! / println!） 日志系统（Log Level） 自旋锁保护的全局控制台 |
可定制 print! / println! 宏 log::Log 日志实现 Console trait 抽象底层输出 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-kernel-context | 上下文（Context） Trap 帧（Trap Frame） 寄存器保存与恢复 特权级切换 stvec / sepc / scause CSR LocalContext（本地上下文） ForeignContext（跨地址空间上下文） 异界传送门（MultislotPortal） |
用户/内核态切换上下文管理 LocalContext 结构 ForeignContext（含 satp） MultislotPortal 跨地址空间执行 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-kernel-alloc | 内核堆分配器 伙伴系统（Buddy Allocation） 动态内存管理 #[global_allocator] |
基于伙伴算法的 GlobalAlloc 堆初始化（init） 物理内存转移（transfer） |
无 |
| tg-rcore-tutorial-kernel-vm | 虚拟内存管理 页表（Page Table） Sv39 分页（三级页表） 虚拟地址（VAddr）/ 物理地址（PAddr） 虚拟页号（VPN）/ 物理页号（PPN） 页表项（PTE）/ 页表标志位（VmFlags） 地址空间（AddressSpace） PageManager trait 地址翻译（translate） |
Sv39 页表管理 AddressSpace 地址空间抽象 虚实地址转换 页面映射（map / map_extern） 页表项操作 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-syscall | 系统调用（System Call） 系统调用号（SyscallId） 系统调用分发（handle） 系统调用结果（Done / Unsupported） Caller 抽象 IO / Process / Scheduling / Clock / Signal / Thread / SyncMutex trait 接口 |
系统调用 ID 与参数定义 trait 接口供内核实现 init_io / init_process / init_scheduling / init_clock / init_signal / init_thread / init_sync_mutex 支持 kernel / user feature |
tg-rcore-tutorial-signal-defs |
| tg-rcore-tutorial-task-manage | 任务管理（Task Management） 调度（Scheduling） 进程管理器（PManager, proc feature） 双层管理器（PThreadManager, thread feature） ProcId / ThreadId 就绪队列（Ready Queue） Manage trait / Schedule trait 进程等待（wait / waitpid） 线程等待（waittid） 阻塞与唤醒（blocked / re_enque） |
Manage 和 Schedule trait 抽象 proc feature：单层进程管理器（PManager） thread feature：双层管理器（PThreadManager） 进程树 / 父子关系 线程阻塞 / 唤醒 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-easy-fs | 文件系统（File System） SuperBlock / Inode / 位图（Bitmap） DiskInode（直接+间接索引） 块缓存（Block Cache） BlockDevice trait 文件句柄（FileHandle） 打开标志（OpenFlags） 管道（Pipe）/ 环形缓冲区 用户缓冲区（UserBuffer） FSManager trait |
easy-fs 五层架构实现 文件创建 / 读写 / 目录操作 块缓存管理 管道环形缓冲区实现 FSManager trait 抽象 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-signal-defs | 信号编号（SignalNo） SIGKILL / SIGINT / SIGUSR1 等 信号动作（SignalAction） 信号集（SignalSet） 最大信号数（MAX_SIG） |
信号编号枚举定义 信号动作结构定义 信号集类型定义 为 tg-rcore-tutorial-signal 和 tg-rcore-tutorial-syscall 提供共用类型 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-signal | 信号处理（Signal Handling） Signal trait 接口 add_signal / handle_signals get_action_ref / set_action update_mask / sig_return / from_fork SignalResult（Handled / ProcessKilled） |
Signal trait 接口定义 信号添加 / 处理 / 动作设置 屏蔽字更新 / 信号返回 fork 继承 |
tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-signal-defs |
| tg-rcore-tutorial-signal-impl | SignalImpl 结构 已接收信号位图（received） 信号屏蔽字（mask） 信号处理中状态（handling） 信号动作表（actions） 信号处理函数调用 上下文保存与恢复 |
Signal trait 的参考实现 信号接收位图管理 屏蔽字逻辑 处理状态和动作表 |
tg-rcore-tutorial-kernel-context tg-rcore-tutorial-signal |
| tg-rcore-tutorial-sync | 互斥锁（Mutex trait: lock / unlock） 阻塞互斥锁（MutexBlocking） 信号量（Semaphore: up / down） 条件变量（Condvar: signal / wait_with_mutex） 等待队列（VecDeque<ThreadId>） UPIntrFreeCell |
MutexBlocking 阻塞互斥锁 Semaphore 信号量 Condvar 条件变量 通过 ThreadId 与调度器交互 |
tg-rcore-tutorial-task-manage |
| tg-rcore-tutorial-user | 用户态程序（User-space App） 用户库（User Library） 系统调用封装（syscall wrapper） 用户堆分配器 用户态 print! / println! |
用户测试程序运行时库 系统调用封装 用户堆分配器 各章节测试用例（ch2~ch8） |
tg-rcore-tutorial-console tg-rcore-tutorial-syscall |
| tg-rcore-tutorial-checker | 测试验证 输出模式匹配 正则表达式（Regex） 测试用例判定 |
rCore-Tutorial CLI 测试输出检查工具 验证内核输出匹配预期模式 支持 --ch N 和 --exercise 模式 |
无 |
| tg-rcore-tutorial-linker | 链接脚本（Linker Script） 内核内存布局（KernelLayout） .text / .rodata / .data / .bss / .boot 段 入口点（boot0! 宏） BSS 段清零 |
形成内核空间布局的链接脚本模板 用于 build.rs 工具构建 linker.ld 内核布局定位（KernelLayout::locate） 入口宏（boot0!） 段信息迭代 |
无 |
Licensed under GNU GENERAL PUBLIC LICENSE, Version 3.0.