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实验环境配置

本节我们将完成环境配置并成功运行 uCore-Tutorial-2023S 。整个流程分为下面几个部分：

• 系统环境配置

• Riscv下 C 开发环境配置

• Qemu 模拟器安装

• 其他工具安装

• 运行 uCore-Tutorial-2023S

目前实验仅支持 Ubuntu18.04 + 操作系统。对于 Windows10 和 macOS 上的用户，可以使用 VMware 或 VirtualBox 安装一台 Ubuntu18.04 虚拟机并在上面进行实验。

系统环境配置

Windows10 的用户可以通过系统内置的 WSL2 虚拟机（请不要使用 WSL1）来安装 Ubuntu 18.04 / 20.04 。 步骤如下：

• 升级 Windows 10 到最新版（Windows 10 版本 18917 或以后的内部版本）。注意，如果 不是 Windows 10 专业版，可能需要手动更新，在微软官网上下载。升级之后， 可以在 PowerShell 中输入 winver 命令来查看内部版本号。

• 「Windows 设置 > 更新和安全 > Windows 预览体验计划」处选择加入 “Dev 开发者模式”。

• 以管理员身份打开 PowerShell 终端并输入以下命令：

  # 启用 Windows 功能：“适用于 Linux 的 Windows 子系统”
  >> dism.exe /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux /all /norestart
  
  # 启用 Windows 功能：“已安装的虚拟机平台”
  >> dism.exe /online /enable-feature /featurename:VirtualMachinePlatform /all /norestart
  
  # <Distro> 改为对应从微软应用商店安装的 Linux 版本名，比如：`wsl --set-version Ubuntu 2`
  # 如果你没有提前从微软应用商店安装任何 Linux 版本，请跳过此步骤
  >> wsl --set-version <Distro> 2
  
  # 设置默认为 WSL 2，如果 Windows 版本不够，这条命令会出错
  >> wsl --set-default-version 2
  

• 下载 Linux 内核安装包

• 在微软商店（Microsoft Store）中搜索并安装 Ubuntu18.04 / 20.04。

C 开发环境配置

这一大步和下面的Docker安装方式大家可以选用一种。 首先，我们需要安装好RISC-V配套的gcc。首先选择一个位置放置gcc的可执行二进制文件。我们选择一个常用的位置。这个位置也可以大家自己指定。

cd /usr/local

之后直接下载预编译好的Risc-v工具链：

sudo wget https://static.dev.sifive.com/dev-tools/freedom-tools/v2020.08/riscv64-unknown-elf-gcc-10.1.0-2020.08.2-x86_64-linux-ubuntu14.tar.gz

解压缩：

sudo tar xzf riscv64-unknown-elf-gcc-10.1.0-2020.08.2-x86_64-linux-ubuntu14.tar.gz

文件名改短：

sudo mv riscv64-unknown-elf-gcc-10.1.0-2020.08.2-x86_64-linux-ubuntu14 riscv64-unknown-elf-gcc

这里就算安装完成了。接下来我们要把gcc的二进制文件路径添加到PATH之中，这样我们才能在任意目录直接运行它。将以下指令添加到home下的.bashrc之中可以一劳永逸地添加(如果你使用的是自己的路径请更换路径的前缀/usr/local到你自己的路径)：

export PATH="/usr/local/riscv64-unknown-elf-gcc/bin:$PATH"

接下来，继续安装用于交叉编译的musl-gcc,这里我们仍然使用/usr/local存放它。下面的步骤和上一步的安装是一样的：

cd /usr/local
# 如果链接失效，可以用官网链接下载并提醒助教更新云盘地址： https://more.musl.cc/10/x86_64-linux-musl/riscv64-linux-musl-cross.tgz
# 注意这里是 10.2.1 版本，如果从其他地方下载请务必注意版本号一致
sudo wget -O riscv64-linux-musl-cross.tgz "https://cloud.tsinghua.edu.cn/f/fb3c598e7e214a828e6b/?dl=1"

sudo tar xzf riscv64-linux-musl-cross.tgz

将路径添加到PATH之中:

export PATH="/usr/local/riscv64-linux-musl-cross/bin:$PATH"

我们的项目使用cmake搭建，因此还需要安装cmake。

sudo apt install cmake

如果是第一次启动虚拟机，需要执行：

sudo apt update
sudo apt upgrade

至于 C 开发环境，推荐直接使用Vscode作为IDE来进行。可以在其中安装C的插件来使用自动补全和lint。

Docker 环境安装(可选，已完成上述步骤的可以忽略)

使用配置好的Docker容器可以免于自己安装上面的一系列包，当然会多出配置Docker的工作量。

• 首先安装Docker: https://www.docker.com/get-started

• 接着拉取我们的Docker镜像文件：

  docker pull tclab/ucore-env
  

• 查看下载的镜像文件：docker image ls tclab/ucore-env

• 使用下载的镜像文件创建一个名字叫container_name(可自己指定)的容器，并获得容器的bash shell: docker run -it –name container_name image_name /bin/bash

• 一些常用的指令：

  # 检查运行中的容器
  docker ps
  # 检查所有容器（包括停止了的）
  docker ps -a
  # 停止 / 启动容器
  docker stop/start container_name
  # 获取一个运行中的docker容器的bash shell:
  docker exec -it container_name /bin/bash
  # 删除一个已经停止的容器:
  docker rm container_name
  

• 之后就是把我们宿主机的文件挂载在docker容器上.在使用 docker run 启动容器时，你可以将目录挂载到容器上，这样就可以从docker容器访问到本地主机的某个文件夹.

  docker run -it --name container_name --mount type=bind,src=[absolute path of folder in host machine],dst=[absolute path in container] image_name /bin/bas
  

Qemu 模拟器安装

我们推荐使用 Qemu 7.0.0 版本及以上进行实验，而很多 Linux 发行版的软件包管理器默认软件源中的 Qemu 版本过低，可能无法顺利实验 因此我们需要从源码手动编译安装 Qemu 模拟器。

首先我们安装依赖包，获取 Qemu 源代码并手动编译：

# 安装编译所需的依赖包
sudo apt install autoconf automake autotools-dev curl libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev \
              gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc ninja-build \
              zlib1g-dev libexpat-dev pkg-config  libglib2.0-dev libpixman-1-dev git tmux python3
# 下载源码包
# 如果链接失效，可以使用官网链接下载并提醒助教更新云盘地址： https://download.qemu.org/qemu-7.0.0.tar.xz
wget -O qemu-7.0.0.tar.xz "https://cloud.tsinghua.edu.cn/f/8ba524dbede24ce79d06/?dl=1"
# 解压
tar xJf qemu-7.0.0.tar.xz
# 编译安装并配置 RISC-V 支持
cd qemu-7.0.0
./configure --target-list=riscv64-softmmu,riscv64-linux-user
make -j$(nproc)

注解

注意，上面的依赖包可能并不完全，比如在 Ubuntu 18.04 上：

• 出现 ERROR: pkg-config binary 'pkg-config' not found 时，可以安装 pkg-config 包；

• 出现 ERROR: glib-2.48 gthread-2.0 is required to compile QEMU 时，可以安装 libglib2.0-dev 包；

• 出现 ERROR: pixman >= 0.21.8 not present 时，可以安装 libpixman-1-dev 包。

另外一些 Linux 发行版编译 Qemu 的依赖包可以从 这里 找到。

GCC 11 可能无法正常编译 Qemu7 ，而 GCC 9.3.0 (Ubuntu 20.04 自带) 及 GCC 10.3.0 经测试可以编译，请自行选择合适的编译器版本。

之后我们可以在同目录下 sudo make install 将 Qemu 安装到 /usr/local/bin 目录下，但这样经常会引起 冲突。个人来说更习惯的做法是，编辑 ~/.bashrc 文件（如果使用的是默认的 bash 终端），在文件的末尾加入 几行：

# 注意 $HOME 是 Linux 自动设置的表示你家目录的环境变量，你也可以根据实际位置灵活调整
export PATH="$HOME/os-env/qemu-7.0.0/build/:$PATH"
export PATH="$HOME/os-env/qemu-7.0.0/build/riscv64-softmmu:$PATH"
export PATH="$HOME/os-env/qemu-7.0.0/build/riscv64-linux-user:$PATH"

随后即可在当前终端 source ~/.bashrc 更新系统路径，或者直接重启一个新的终端。

此时我们可以确认 Qemu 的版本：

qemu-system-riscv64 --version
qemu-riscv64 --version

注：有同学在 Ubuntu 20.04 上遇到了执行 qemu-system-riscv64 --version 报错找不到 libtinfow.so.6，可以通过如下软连接修复：

sudo ln -s /lib/x86_64-linux-gnu/libtic.so.6.2 /lib/x86_64-linux-gnu/libtinfow.so.6

GDB 调试支持

在 os 目录下 make debug 可以调试我们的内核，这里需要基于 riscv64 平台的 gdb 调试器 riscv64-unknown-elf-gdb 。该调试器包含在 riscv64 gcc 工具链中，工具链的预编译版本可以在如下链接处下载：

• Ubuntu 平台

• macOS 平台

• Windows 平台

• CentOS 平台

解压后在 bin 目录下即可找到 riscv64-unknown-elf-gdb 以及另外一些常用工具 objcopy/objdump/readelf 等。

VSCode 可视化调试支持

本节将介绍如何在VSCode可视化环境中进行调试。可以使用使用网页版的Codespace，也可以使用Codespace + 本地VScode（具体方法就是在打开Codespace时，点击Open In Visual Studio Code即可）。

要在Codespace中结合vscode使用GDB进行调试，需要确保Codespace中有GDB、QEMU等相关环境。如果没有环境可以在master分支下执行环境配置指令：

git checkout master // 切换到master分之
make codespaces_setenv // 配置Codespace环境

然后设置“add-auto-load-safe-path”路径，将“add-auto-load-safe-path /workspaces/YOUR_REPO_NAME/.gdbinit”语句添加到/home/codespace/.gdbinit文件中，如果该/root/codespace路径下没有.gdbinit文件，则创建后添加前面的语句。语句中“YOUR_REPO_NAME”则是你对应仓库的名字。

最后启动GDB调试：

make debug

之后则可以设置断点进行GDB调试。

在 Qemu 平台上运行 uCore-Tutorial-2023S

到这里，恭喜你完成了实验环境的配置，可以开始阅读教程的正文部分了！可以直接clone下面的仓库来开始OS之旅：

git clone https://github.com/LearningOS/uCore-Tutorial-Code-2023S.git
cd uCore-Tutorial-Code-2023S

其他的章节需要处理用户代码，我们可以先运行不需要处理用户代码的 ch1 分支：

> git checkout ch1
> make run LOG=debug

[rustsbi] RustSBI version 0.1.1
.______       __    __      _______.___________.  _______..______   __
|   _  \     |  |  |  |    /       |           | /       ||   _  \ |  |
|  |_)  |    |  |  |  |   |   (----`---|  |----`|   (----`|  |_)  ||  |
|      /     |  |  |  |    \   \       |  |      \   \    |   _  < |  |
|  |\  \----.|  `--'  |.----)   |      |  |  .----)   |   |  |_)  ||  |
| _| `._____| \______/ |_______/       |__|  |_______/    |______/ |__|

[rustsbi] Platform: QEMU (Version 0.1.0)
[rustsbi] misa: RV64ACDFIMSU
[rustsbi] mideleg: 0x222
[rustsbi] medeleg: 0xb1ab
[rustsbi-dtb] Hart count: cluster0 with 1 cores
[rustsbi] Kernel entry: 0x80200000

hello wrold!
[ERROR 0]stext: 0x0000000080200000
[WARN 0]etext: 0x0000000080201000
[INFO 0]sroda: 0x0000000080201000
[DEBUG 0]eroda: 0x0000000080202000
[DEBUG 0]sdata: 0x0000000080202000
[INFO 0]edata: 0x0000000080202000
[WARN 0]sbss : 0x0000000080212000
[ERROR 0]ebss : 0x0000000080212000
[PANIC 0] os/main.c:39: ALL DONE

忽略掉编译输出后，你应该得到如上的输出，这表示 uCore 已经成功运行。

注解

上方的输出是比较早期版本的，我们现在使用的 rustsbi-qemu 已经更新至最新版（2022-10），与之有些微差异之处。

注解

退出 qemu 的方法

如果是正常推出，uCore 会自动关闭 qemu，但如果 os 跑飞了，我们不能通过 Ctrl + C 来推出。此时可以先按下 Ctrl+A ，再按下 X 来退出 Qemu。