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RVKernel Lab：从千行 OS 到抢占、IPC 与 SMP

运行在 QEMU virt / RV32 上的 C 与汇编教学内核。项目从 Seiya Nuta 的 Operating System in 1,000 Lines 实践起步，在基础内核上增加设备中断、用户态抢占、具名管道和多核同步。

项目源码 完整教程

基础与扩展

层次 实现内容 阅读入口
教程基础 启动、上下文切换、Sv32 页表、用户态、系统调用、shell 与简化文件系统 Lab 01
设备中断 PLIC 分发、UART RX 缓冲、VirtIO 完成中断与阻塞等待 external_handle_irq、read_write_disk
用户态抢占 SBI TIME 10 ms tick、调度器与 sleep/wakeup Lab 02
IPC 8 个具名管道、256 字节环形缓冲、阻塞读写与 EOF Lab 03
SMP 1～4 hart、SBI HSM 启动、每核状态、PCB 锁与 IPI 唤醒 Lab 04

基础代码与后续扩展以项目提交 6f2b063（16.文件系统）为分界。教程基础功能归属上游实践，项目增量和边界以项目 README为准。

学习路径

  1. 从实验概览开始，准备 QEMU 环境并运行内置源码。
  2. 按项目的 11 节教程学习启动、内存、进程、文件系统、Trap、设备中断、抢占、IPC 和 SMP。
  3. 对照实现讲解，追踪可信栈、等待唤醒和锁在上下文切换中的交接。
  4. 阅读验证记录，再修改代码并运行回归测试。

运行与自测

依赖 Clang/LLVM（含 LLD、llvm-objcopy）、QEMU RISC-V 和 Bash。项目当前实测环境为 macOS / Homebrew，其他环境需要核对工具链和 OpenSBI。

git clone https://github.com/YvainZhang/1000-lines-os-practice.git
cd 1000-lines-os-practice
bash run.sh                 # 默认 2 核
# 退出当前 QEMU 后再运行
NCPU=4 bash run.sh           # 4 核

进入 shell 后输入 help、hello、irqstat、selftest。全部自测通过时输出 SELFTEST PASS。退出 QEMU 使用 Ctrl-a，再按 x。

python3 scripts/smoke.py     # 顺序验证 1 / 2 / 4 核

自测日志保存在项目的 test-results/。构建共享根目录产物与磁盘镜像，应顺序执行。自测覆盖功能性行为，不等于性能基准或完整竞态证明。

实现限制

普通内核路径不可抢占，尚未在真实硬件上验证。10 ms tick 是调度节拍，最坏响应时间尚未测量。项目没有完整 POSIX、fork/exec、物理页完整回收、动态 TLB shootdown 或完整负载均衡；UART TX 仍采用短轮询，块设备只有一个在途请求；运行脚本会重建文件系统镜像，不能据此证明重启持久化或崩溃一致性。

相关实验

RVKernel 实验概览提供内置源码和四个实验入口；最新实现和验证范围请以项目仓库为准。

来源