tg-ch3 0.2.0-preview.2

Chapter 3 of rCore Tutorial: Multiprogramming and time-sharing multitasking.
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第三章：多道程序与分时多任务

本章实现了多道程序系统，支持协作式和抢占式调度，多个用户程序可以并发执行。

功能概述

  • 任务控制块 (TCB) 管理任务状态和上下文
  • 时钟中断驱动的抢占式调度（默认模式）
  • 协作式调度（通过 yield 系统调用主动让出 CPU）
  • 轮转调度算法，依次执行各任务

用户程序加载

用户程序在编译时通过 APP_ASM 环境变量内联到内核镜像中，运行时依次加载执行。

tg-ch3 在构建阶段会拉取 tg-user 并编译用户程序，生成 APP_ASM 内联到内核镜像中。

系统调用

系统调用 功能
write 向标准输出写入数据
exit 退出当前任务
sched_yield 主动让出 CPU
clock_gettime 获取当前时间

时钟中断与抢占式调度

本章通过 SBI 的 set_timer 设置时钟中断，实现抢占式调度。每次切换到用户程序前设置下一次中断时间：

// 设置 12500 个时钟周期后触发中断
tg_sbi::set_timer(time::read64() + 12500);
unsafe { tcb.execute() };

当时钟中断到达时，scause 为 Interrupt::SupervisorTimer，内核保存当前任务状态并切换到下一个任务，实现时间片轮转：

Trap::Interrupt(Interrupt::SupervisorTimer) => {
    tg_sbi::set_timer(u64::MAX);  // 清除中断
    false  // 不结束任务，切换到下一个
}

启用 coop feature 可禁用时钟中断，任务需主动调用 yield 让出 CPU。

Exercise

见 Exercise

Dependencies

依赖 说明
riscv RISC-V CSR 寄存器访问（sie, scause, time）
tg-sbi SBI 调用封装库，包括 set_timer 设置时钟中断
tg-linker 链接脚本生成、内核布局定位、用户程序元数据
tg-console 控制台输出 (print!/println!) 和日志
tg-kernel-context 用户上下文 LocalContext 及特权级切换
tg-syscall 系统调用定义与分发

Features

Feature 说明
coop 协作式调度模式，禁用时钟中断抢占，任务需主动 yield
nobios 无需外部 SBI 实现，直接从 QEMU -bios none 模式启动

默认 QEMU 启动参数

-machine virt -nographic -bios none

运行

请在 tg-ch3 目录下执行：

cargo run

默认会在 tg-ch3 目录下创建 tg-user 源码目录（通过 cargo clone）。 默认拉取版本为 0.2.0-preview.1，可通过环境变量 TG_USER_VERSION 覆盖。 若已有本地 tg-user，可通过 TG_USER_DIR 指定路径。

License

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