新的内存管理模块 (#303)

  实现了具有优秀架构设计的新的内存管理模块，对内核空间和用户空间的内存映射、分配、释放、管理等操作进行了封装，使得内核开发者可以更加方便地进行内存管理。

  内存管理模块主要由以下类型的组件组成：

- **硬件抽象层（MemoryManagementArch）** - 提供对具体处理器架构的抽象，使得内存管理模块可以在不同的处理器架构上运行
- **页面映射器（PageMapper）**- 提供对虚拟地址和物理地址的映射，以及页表的创建、填写、销毁、权限管理等操作。分为两种类型：内核页表映射器（KernelMapper）和用户页表映射器（位于具体的用户地址空间结构中）
- **页面刷新器（PageFlusher）** - 提供对页表的刷新操作（整表刷新、单页刷新、跨核心刷新）
- **页帧分配器（FrameAllocator）** - 提供对页帧的分配、释放、管理等操作。具体来说，包括BumpAllocator、BuddyAllocator
- **小对象分配器** - 提供对小内存对象的分配、释放、管理等操作。指的是内核里面的SlabAllocator （SlabAllocator的实现目前还没有完成）
- **MMIO空间管理器** - 提供对MMIO地址空间的分配、管理操作。（目前这个模块待进一步重构）
- **用户地址空间管理机制** - 提供对用户地址空间的管理。
    - VMA机制 - 提供对用户地址空间的管理，包括VMA的创建、销毁、权限管理等操作
    - 用户映射管理 - 与VMA机制共同作用，管理用户地址空间的映射
- **系统调用层** - 提供对用户空间的内存管理系统调用，包括mmap、munmap、mprotect、mremap等
- **C接口兼容层** - 提供对原有的C代码的接口，是的C代码能够正常运行。


除上面的新增内容以外，其它的更改内容：
- 新增二进制加载器，以及elf的解析器
- 解决由于local_irq_save、local_irq_restore函数的汇编不规范导致影响栈行为的bug。
- 解决local_irq_save未关中断的错误。
- 修复sys_gettimeofday对timezone参数的处理的bug

---------

Co-authored-by: kong <kongweichao@dragonos.org>

docs/community/contact/index.rst

@@ -3,12 +3,50 @@
 与社区建立联系
 ====================================
 
+联系方式
+-------------------------
+
 社区公共邮箱：contact@DragonOS.org
 
-DragonOS负责人: longjin
+DragonOS社区负责人: longjin
 
 工作邮箱: longjin@DragonOS.org
 
 开发交流QQ群： 115763565
 
 DragonOS官网： https://DragonOS.org
+
+了解开发动态、开发任务，请访问DragonOS的zulip社群： https://DragonOS.zulipchat.com
+
+
+赞助及捐赠
+-------------------------
+
+DragonOS是一个开源项目，我们欢迎任何形式的赞助和捐赠，您的捐赠将用于DragonOS的开发和维护，以及社区的运营。
+
+您可以通过以下方式赞助和捐赠：
+
+- 访问DragonOS官网 https://DragonOS.org ，点击页面右上角的“赞助”按钮，进行捐赠
+- 联系社区负责人，沟通具体的赞助方式等。
+
+财务及捐赠信息公开
+-------------------------
+
+DragonOS社区的捐赠信息将按年进行公开。赞助商、赞助者信息将在收到赞助后，15天内进行公开。
+
+社区管理、财务及法务主体
+-------------------------
+
+DragonOS社区的管理、财务及法务主体为：灵高计算机系统（广州）有限公司。
+
+我们是一家开源公司，我们坚信，开源能为我国将来的IT，打下更好的基础。我们也通过其他业务创收，投入到DragonOS的研发之中。
+
+公司负责DragonOS社区的运营、财务、法务事项处理工作。
+
+地址：广东省广州市番禺区小谷围街广州大学城华南理工大学大学城校区
+
+邮件：contact@DragonOS.org
+
+官网：https://ringotek.com.cn
+
+

docs/introduction/build_system.md

@@ -233,7 +233,10 @@ make run-docker
 - Docker编译，并写入磁盘镜像,: `make docker`
 - Docker编译，写入磁盘镜像，并在QEMU中运行: `make run-docker`
 - 不编译，直接从已有的磁盘镜像启动: `make qemu`
+- 清理编译产生的文件: `make clean`
+- 编译文档: `make docs` （需要手动安装sphinx以及docs下的`requirements.txt`中的依赖）
+- 清理文档: `make clean-docs`
 
 :::{note}
 如果您需要在vnc中运行DragonOS，请在上述命令后加上`-vnc`后缀。如：`make run-vnc`
-:::
+:::

docs/introduction/features.md

@@ -12,10 +12,14 @@
 
 ### 内存管理
 
-- [x] 页分配器
-- [x] slab分配器
+- [x] 页帧分配器
+- [x] 小对象分配器
 - [x] VMA
 - [x] MMIO地址空间自动分配
+- [x] 页面映射器
+- [x] 硬件抽象层
+- [x] 独立的用户地址空间管理机制
+- [x] C接口兼容层
 
 ### 多核
 
@@ -31,6 +35,7 @@
 - [x] exec
 - [x] 进程睡眠（支持高精度睡眠）
 - [x] kthread机制
+- [x] 可扩展二进制加载器
 
 #### 同步原语
 
@@ -43,7 +48,10 @@
 ### 调度
 
 - [x] CFS调度器
+- [x] 实时调度器（FIFO、RR）
 - [x] 单核调度
+- [x] 多核调度
+- [x] 负载均衡
 
 ### IPC
 
@@ -56,7 +64,8 @@
 - [x] fat12/16/32
 - [x] Devfs
 - [x] RamFS
-- [x] procfs
+- [x] Procfs
+- [x] Sysfs
 
 ### 异常及中断处理
 
@@ -95,7 +104,7 @@
 - [x] ACPI 高级电源配置模块
 - [x] IDE硬盘
 - [x] AHCI硬盘
-- [x] PCI
+- [x] PCI、PCIe总线
 - [x] XHCI（usb3.0）
 - [x] ps/2 键盘
 - [x] ps/2 鼠标
@@ -107,6 +116,8 @@
 - [x] VirtIO网卡
 - [x] x87FPU
 - [x] TTY终端
+- [x] 浮点处理器
+
 
 ## 用户层
 
@@ -121,9 +132,9 @@
 - [x] 基于字符串匹配的解析
 - [x] 基本的几个命令
 
-### 驱动程序
+### Http Server
 
-- [x] ps/2键盘用户态驱动
+- 使用C编写的简单的Http Server，能够运行静态网站。
 
 ## 软件移植
 
@@ -132,3 +143,4 @@
 - [x] gmp 6.2.1 [https://github.com/DragonOS-Community/gmp-6.2.1](https://github.com/DragonOS-Community/gmp-6.2.1)
 - [x] mpfr 4.1.1 [https://github.com/DragonOS-Community/mpfr](https://github.com/DragonOS-Community/mpfr)
 - [x] mpc 1.2.1 [https://github.com/DragonOS-Community/mpc](https://github.com/DragonOS-Community/mpc)
+- [x] relibc [https://github.com/DragonOS-Community/relibc](https://github.com/DragonOS-Community/relibc)

docs/introduction/index.rst

@@ -3,9 +3,11 @@ DragonOS简介
 
     DragonOS龙操作系统（以下简称“DragonOS”）是一个面向服务器领域的，从0开发内核及用户态环境，并提供Linux兼容性的64位操作系统。它使用Rust与C语言进行编写，并正在逐步淘汰原有的C代码，以在将来提供更好的安全性与可靠性。
 
+**我们致力于打造完全自主可控的数字化未来！**
+
     DragonOS的目标是，构建一个完全独立自主的、开源的、高性能及高可靠性的服务器操作系统，为国家数字基础设施建设提供完全独立自主的底层核心动力。
 
-    作为一个社区驱动的开源操作系统，为了促进其发展，避免让其遭受一些不遵守开源协议的商业公司的侵权，我们决定使用GPLv2协议开放源代码，以严格的开源协议来保护DragonOS。
+    作为一个社区驱动的开源操作系统，为了促进开源社区建设，并避免让其遭受一些不遵守开源协议的商业公司的侵权，我们决定使用GPLv2协议开放源代码，以严格的开源协议来保护DragonOS。
 
     你可能对DragonOS中已经实现了哪些功能感兴趣，您可以转到这里：:ref:`功能特性 <_genreal_features>`
 

docs/kernel/core_api/allocate-memory.md

@@ -1,15 +0,0 @@
-# 内存分配指南
-
-DragonOS提供了一些用于内存分配的api。您可以使用*kmalloc*来分配小的内存块，也可以使用*alloc_pages*分配连续的2MB大小的内存页面。
-
-## 选择合适的内存分配器
-
-在内核中，最直接、最简单的分配内存的方式就是，使用`kmalloc()`函数进行分配。并且，出于安全起见，除非内存在分配后一定会被覆盖，且您能确保内存中的脏数据一定不会对程序造成影响，在其余情况下，我们建议使用`kzalloc()`进行内存分配，它将会在`kmalloc()`的基础上，把申请到的内存进行清零。
-
-您可以通过`kmalloc()`函数分配得到32bytes到1MBytes之间的内存对象。并且，这些内存对象具有以下的性质：
-
-- 内存起始地址及大小按照2次幂对齐。（比如，申请的是80bytes的内存空间，那么获得的内存对象大小为128bytes且内存地址按照128bytes对齐）
-
-对于需要大量连续内存的分配，可以使用`alloc_pages()`向页面分配器申请连续的内存页。
-
-当内存空间不再被使用时，那么必须释放他们。若您使用的是`kmalloc()`分配的内存，那么您需要使用`kfree()`释放它。若是使用`alloc_pages()`分配的内存，则需要使用`free_pages()`来释放它们。

docs/kernel/core_api/index.rst

@@ -13,16 +13,3 @@
    data_structures
    casting
    softirq
-
-内存管理
-===================
-
-   这里快速讲解了如何在DragonOS中分配、使用内存。以便您能快速的了解这个模块。
-   
-   详细的内存管理模块的文档请参见：:ref:`memory_management_module`
-
-.. toctree::
-   :maxdepth: 1
-
-   allocate-memory
-   mm-api

docs/kernel/core_api/mm-api.md

@@ -1,267 +0,0 @@
-(_core_mm_api)=
-
-# 内存管理API
-
-## SLAB内存池
-
-SLAB内存池提供小内存对象的分配功能。
-
-### `void *kmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp)`
-
-  获取小块的内存。
-
-#### 描述
-
-  kmalloc用于获取那些小于2M内存页大小的内存对象。可分配的内存对象大小为32bytes~1MBytes. 且分配的内存块大小、起始地址按照2的n次幂进行对齐。（比如，申请的是80bytes的内存空间，那么获得的内存对象大小为128bytes且内存地址按照128bytes对齐）
-
-##### 参数
-
-**size**
-
-  内存对象的大小
-
-**gfp**
-
-  标志位
-
-### `void *kzalloc(unsigned long size, gfp_t gfp)`
-
-#### 描述
-
-  获取小块的内存，并将其清零。其余功能与kmalloc相同。
-
-
-##### 参数
-
-**size**
-
-  内存对象的大小
-
-**gfp**
-
-  标志位
-
-### `unsigned long kfree(void *address)`
-
-  释放从slab分配的内存。
-
-#### 描述
-
-  该函数用于释放通过kmalloc申请的内存。如果`address`为NULL，则函数被调用后，无事发生。
-
-  请不要通过这个函数释放那些不是从`kmalloc()`或`kzalloc()`申请的内存，否则将会导致系统崩溃。
-
-##### 参数
-
-**address**
-
-  指向内存对象的起始地址的指针
-
-## 物理页管理
-
-DragonOS支持对物理页的直接操作
-
-### `struct Page *alloc_pages(unsigned int zone_select, int num, ul flags)`
-
-#### 描述
-
-  从物理页管理单元中申请一段连续的物理页
-
-#### 参数
-
-**zone_select**
-
-  要申请的物理页所位于的内存区域
-
-可选值：
-
-- `ZONE_DMA` DMA映射专用区域
-- `ZONE_NORMAL` 正常的物理内存区域，已在页表高地址处映射
-- `ZONE_UNMAPPED_IN_PGT` 尚未在页表中映射的区域
-
-**num**
-
-  要申请的连续物理页的数目，该值应当小于64
-
-**flags**
-
-  分配的页面要被设置成的属性
-
-可选值：
-
-- `PAGE_PGT_MAPPED` 页面在页表中已被映射
-- `PAGE_KERNEL_INIT` 内核初始化所占用的页
-- `PAGE_DEVICE` 设备MMIO映射的内存
-- `PAGE_KERNEL` 内核层页
-- `PAGE_SHARED` 共享页
-
-#### 返回值
-
-##### 成功
-
-  成功申请则返回指向起始页面的Page结构体的指针
-
-##### 失败
-
-  当ZONE错误或内存不足时，返回`NULL`
-
-### `void free_pages(struct Page *page, int number)`
-
-#### 描述
-
-  从物理页管理单元中释放一段连续的物理页。
-
-#### 参数
-
-**page**
-
-  要释放的第一个物理页的Page结构体
-
-**number**
-
-  要释放的连续内存页的数量。该值应小于64
-
-## 页表管理
-
-### `int mm_map_phys_addr(ul virt_addr_start, ul phys_addr_start, ul length, ul flags, bool use4k)`
-
-#### 描述
-
-  将一段物理地址映射到当前页表的指定虚拟地址处
-
-#### 参数
-
-**virt_addr_start**
-
-  虚拟地址的起始地址
-
-**phys_addr_start**
-
-  物理地址的起始地址
-
-**length**
-
-  要映射的地址空间的长度
-
-**flags**
-
-  页表项的属性
-
-**use4k**
-
-  使用4级页表，将地址区域映射为若干4K页
-
-### `int mm_map_proc_page_table(ul proc_page_table_addr, bool is_phys, ul virt_addr_start, ul phys_addr_start, ul length, ul flags, bool user, bool flush, bool use4k)`
-
-#### 描述
-
-  将一段物理地址映射到指定页表的指定虚拟地址处
-
-#### 参数
-
-**proc_page_table_addr**
-
-  指定的顶层页表的起始地址
-
-**is_phys**
-
-  该顶层页表地址是否为物理地址
-
-**virt_addr_start**
-
-  虚拟地址的起始地址
-
-**phys_addr_start**
-
-  物理地址的起始地址
-
-**length**
-
-  要映射的地址空间的长度
-
-**flags**
-
-  页表项的属性
-
-**user**
-
-  页面是否为用户态可访问
-
-**flush**
-
-  完成映射后，是否刷新TLB
-
-**use4k**
-
-  使用4级页表，将地址区域映射为若干4K页
-
-#### 返回值
-
-- 映射成功：0
-- 映射失败：-EFAULT
-
-### `void mm_unmap_proc_table(ul proc_page_table_addr, bool is_phys, ul virt_addr_start, ul length)`
-
-#### 描述
-
-  取消给定页表中的指定地址空间的页表项映射。
-
-#### 参数
-
-**proc_page_table_addr**
-
-  指定的顶层页表的基地址
-
-**is_phys**
-
-  该顶层页表地址是否为物理地址
-
-**virt_addr_start**
-
-  虚拟地址的起始地址
-
-**length**
-
-  要取消映射的地址空间的长度
-
-### `mm_unmap_addr(virt_addr, length)`
-
-#### 描述
-
-  该宏定义用于取消当前进程的页表中的指定地址空间的页表项映射。
-
-#### 参数
-
-**virt_addr**
-
-  虚拟地址的起始地址
-
-**length**
-
-  要取消映射的地址空间的长度
-
-## 内存信息获取
-
-### `struct mm_stat_t mm_stat()`
-
-#### 描述
-
-  获取计算机目前的内存空间使用情况
-
-#### 参数
-
-无
-
-#### 返回值
-
-  返回值是一个`mm_mstat_t`结构体，该结构体定义于`mm/mm.h`中。其中包含了以下信息（单位均为字节）：
-
-| 参数名        | 解释                      |
-| ---------- | ----------------------- |
-| total      | 计算机的总内存数量大小             |
-| used       | 已使用的内存大小                |
-| free       | 空闲物理页所占的内存大小            |
-| shared     | 共享的内存大小                 |
-| cache_used | 位于slab缓冲区中的已使用的内存大小     |
-| cache_free | 位于slab缓冲区中的空闲的内存大小      |
-| available  | 系统总空闲内存大小（包括kmalloc缓冲区） |

docs/kernel/memory_management/allocate-memory.md

@@ -0,0 +1,29 @@
+# 内存分配指南
+
+  本文将讲述如何在内核中进行内存分配。在开始之前，请您先了解一个基本点：DragonOS的内核使用4KB的页来管理内存，并且具有伙伴分配器和slab分配器。并且对用户空间、内核空间均具有特定的管理机制。
+
+## 1. 安全的分配内存
+
+  在默认情况下，KernelAllocator被绑定为全局内存分配器，它会根据请求分配的内存大小，自动选择使用slab还是伙伴分配器。因此，在内核中，使用Rust原生的
+内存分配函数，或者是创建一个`Box`对象等等，都是安全的。
+
+
+## 2. 手动管理页帧
+
+:::{warning}
+**请格外小心！** 手动管理页帧脱离了Rust的内存安全机制，因此可能会造成内存泄漏或者是内存错误。
+:::
+
+  在某些情况下，我们需要手动分配页帧。例如，我们需要在内核中创建一个新的页表，或者是在内核中创建一个新的地址空间。这时候，我们需要手动分配页帧。使用`LockedFrameAllocator`的`allocate()`函数，能够分配在物理地址上连续的页帧。请注意，由于底层使用的是buddy分配器，因此页帧数目必须是2的n次幂，且最大大小不超过1GB。
+
+  当需要释放页帧的时候，使用`LockedFrameAllocator`的`deallocate()`函数，或者是`deallocate_page_frames()`函数，能够释放在物理地址上连续的页帧。
+
+  当您需要映射页帧的时候，可使用`KernelMapper::lock()`函数，获得一个内核映射器对象，然后进行映射。由于KernelMapper是对PageMapper的封装，因此您在获取KernelMapper之后，可以使用PageMapper相关接口对内核空间的映射进行管理。
+
+:::{warning}
+**千万不要** 使用KernelMapper去映射用户地址空间的内存，这会使得这部分内存脱离用户地址空间的管理，从而导致内存错误。
+:::
+
+## 3. 为用户程序分配内存
+
+  在内核中，您可以使用用户地址空间结构体(`AddressSpace`)的`mmap()`,`map_anonymous()`等函数，为用户程序分配内存。这些函数会自动将用户程序的内存映射到用户地址空间中，并且会自动创建VMA结构体。您可以使用`AddressSpace`的`munmap()`函数，将用户程序的内存从用户地址空间中解除映射，并且销毁VMA结构体。调整权限等操作可以使用`AddressSpace`的`mprotect()`函数。

docs/kernel/memory_management/index.rst

@@ -1,14 +1,14 @@
 .. _memory_management_module:
 
 ====================================
-内存管理文档
+内存管理
 ====================================
 
-   这里讲解了内存管理模块的一些设计及实现原理。
-   
-   如果你正在寻找使用内存管理模块的方法，请转到：:ref:`内存管理API文档 <_core_mm_api>`
+   这里讲解了内存管理模块的一些设计及实现原理，以及相应的接口。
 
 .. toctree::
    :maxdepth: 1
 
+   intro
+   allocate-memory
    mmio

docs/kernel/memory_management/intro.md

@@ -0,0 +1,20 @@
+# 内存管理模块简介
+
+## 1. 概述
+
+  DragonOS实现了具有优秀架构设计的内存管理模块，对内核空间和用户空间的内存映射、分配、释放、管理等操作进行了封装，使得内核开发者可以更加方便地进行内存管理。
+
+  DragonOS的内存管理模块主要由以下类型的组件组成：
+
+- **硬件抽象层（MemoryManagementArch）** - 提供对具体处理器架构的抽象，使得内存管理模块可以在不同的处理器架构上运行
+- **页面映射器（PageMapper）**- 提供对虚拟地址和物理地址的映射，以及页表的创建、填写、销毁、权限管理等操作。分为两种类型：内核页表映射器（KernelMapper）和用户页表映射器（位于具体的用户地址空间结构中）
+- **页面刷新器（PageFlusher）** - 提供对页表的刷新操作（整表刷新、单页刷新、跨核心刷新）
+- **页帧分配器（FrameAllocator）** - 提供对页帧的分配、释放、管理等操作。具体来说，包括BumpAllocator、BuddyAllocator
+- **小对象分配器** - 提供对小内存对象的分配、释放、管理等操作。指的是内核里面的SlabAllocator （SlabAllocator的实现目前还没有完成）
+- **MMIO空间管理器** - 提供对MMIO地址空间的分配、管理操作。（目前这个模块待进一步重构）
+- **用户地址空间管理机制** - 提供对用户地址空间的管理。
+    - VMA机制 - 提供对用户地址空间的管理，包括VMA的创建、销毁、权限管理等操作
+    - 用户映射管理 - 与VMA机制共同作用，管理用户地址空间的映射
+- **系统调用层** - 提供对用户空间的内存管理系统调用，包括mmap、munmap、mprotect、mremap等
+- **C接口兼容层** - 提供对原有的C代码的接口，使得C代码能够正常运行。
+

docs/kernel/process_management/index.rst

@@ -5,4 +5,5 @@
    :maxdepth: 1
 
    kthread
-   pcb
+   pcb
+   load_binary

docs/kernel/process_management/load_binary.md

@@ -0,0 +1,15 @@
+# 加载程序
+
+## 1. 二进制程序装载
+
+  在小节，你将了解DragonOS的二进制程序加载器的原理。
+
+  DragonOS在装载二进制程序时，执行了“探测-装载”的过程。
+
+  在探测阶段，DragonOS会读取文件首部，然后依次调用各个二进制加载器的探测函数，判断该二进制程序是否适用于该加载器。如果适用，则使用这个加载器进行装载。
+
+  在装载阶段，DragonOS会使用上述加载器进行装载。装载器会将二进制程序的各个段映射到内存中，并且得到二进制程序的入口地址。
+
+:::{note}
+目前DragonOS不支持动态链接，因此所有的二进制程序都是静态链接的。并且暂时支持的只有ELF加载器。
+:::