50-rCore-env-config

本节我们将完成环境配置并成功运行 rCore-Tutorial-v3 。整个流程分为下面几个部分：

系统环境配置
C/Rust 开发环境配置
QEMU 模拟器安装
其他工具安装
运行 rCore-Tutorial-v3

在线开发环境配置

Github Classroom 方式进行在线 OS 环境配置

注：这种方式目前主要用于 2022 年开源操作系统训练营

[! note] 基于 github classroom 的在线开发方式

基于 github classroom，可方便建立开发用的 git repository，并可基于 github 的 codespace （在线版 ubuntu +vscode）在线开发使用。整个开发环境仅仅需要一个网络浏览器。

在网络浏览器中用自己的 github id 登录 github. com

接收第一个实验练习 setup-env-run-os1 的 github classroom 在线邀请，根据提示一路选择 OK 即可。

完成第二步后，你的第一个实验练习 setup-env-run-os1 的 github repository 会被自动建立好，点击此 github repository 的链接，就可看到你要完成的第一个实验了。

在你的第一个实验练习的网页的中上部可以看到一个醒目的 code 绿色按钮，点击后，可以进一步看到 codespace 标签和醒目的 create codesapce on main 绿色按钮。请点击这个绿色按钮，就可以进入到在线的 ubuntu +vscode 环境中

再按照下面的环境安装提示在 vscode 的 console 中安装配置开发环境：rustc，qemu 等工具。注：也可在 vscode 的 console 中执行 make codespaces_setenv 来自动安装配置开发环境（执行 sudo 需要 root 权限，仅需要执行一次）。

在 vscode 的 console 中执行 make setupclassroom_testX （该命令仅执行一次，X 的范围为 1-8）配置 github classroom 自动评分功能。

然后就可以基于在线 vscode 进行开发、运行、提交等完整的实验过程了。

上述的 3，4，5 步不是必须的，你也可以仅仅基于 Github Classroom 生成 git repository，并进行本地开发。

本地操作系统开发环境配置

目前实验内容可支持在 Ubuntu 操作系统、 openEuler 操作系统、龙蜥操作系统等上面进行操作。对于 Windows10/11 和 macOS 上的用户，可以使用 WSL2、VMware Workstation 或 VirtualBox 等相关软件，通过虚拟机方式安装 Ubuntu18.04 / 20.04、openEuler 操作系统、龙蜥操作系统等，并在上面进行实验。

Windows 的 WSL2 方式建立 Linux 环境

对于 Windows10/11 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 10/11 到最新版（Windows 10 版本 18917 或以后的内部版本）。注意，如果不是 Windows 10/11 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：“已安装的系统虚拟机平台”
>> 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。

VMware 虚拟机方式进行本地 OS 开发环境配置

如果你打算使用 VMware 安装虚拟机的话，我们已经配置好了一个能直接运行 rCore-Tutorial-v3 的 Ubuntu22.04 镜像，它是一个 vmdk 格式的虚拟磁盘文件，只需要在 VMware 中新建一台虚拟机，在设置虚拟磁盘的时候选择它即可。百度网盘链接或者清华云盘链接（目前是旧版的 Ubuntu18.04+QEMU5.0 的镜像）。已经创建好用户 oslab ，密码为一个空格。它已经安装了中文输入法和作为 Rust 集成开发环境的 Visual Studio Code，能够更容易完成实验并撰写实验报告。如果想要使用 VMWare 安装 openEuler 虚拟机的话，可以在 openEuler 官网下载 ISO 自行安装，接着需要参考网络上的一些教程配置网络和安装图形界面。

Docker 方式进行本地 OS 开发环境配置

[! note] Docker 开发环境 感谢 qobilidop，dinghao188 和张汉东老师帮忙配置好的 Docker 开发环境，进入 Docker 开发环境之后不需要任何软件工具链的安装和配置，可以直接将 tutorial 运行起来，目前应该仅支持将 tutorial 运行在 QEMU 模拟器上。使用方法如下（以 Ubuntu18.04 为例）：

通过 su 切换到管理员账户 root （注：如果此前并未设置 root 账户的密码需要先通过 sudo passwd 进行设置）, 在 rCore-Tutorial-v3 根目录下，执行 make build_docker ，来建立基于 docker 的开发环境；

在 rCore-Tutorial-v3 根目录下，执行 make docker 进入到 Docker 环境；

进入 Docker 之后，会发现当前处于根目录 / ，我们通过 cd mnt 将当前工作路径切换到 /mnt 目录；

通过 ls 可以发现 /mnt 目录下的内容和 rCore-Tutorial-v3 目录下的内容完全相同，接下来就可以在这个环境下运行 tutorial 了。例如 cd os && make run 。

你也可以在 Windows10/11 或 macOS 原生系统或者其他 Linux 发行版上进行实验，基本上不会出现太大的问题。不过由于时间问题我们主要在 Ubuntu18.04 on x86-64 上进行了测试，后面的配置也都是基于它的。如果遇到了问题的话，请在本节的讨论区中留言，我们会尽量帮助解决。

手动进行本地 OS 开发环境配置

基于 RISC-V 硬件环境的配置

目前已经出现了可以在 RISC-V 64（简称 RV64）的硬件模拟环境（比如 QEMU with RV64）和真实物理环境（如全志哪吒 D1 开发板、SiFive U740 开发板）的 Linux 系统环境。但 Linux RV64 相对于 Linux x86-64 而言，虽然挺新颖的，但还不够成熟，已经适配和预编译好的应用软件包相对少一些，适合 hacker 进行尝试。如果同学有兴趣，我们也给出多种相应的硬件模拟环境和真实物理环境的 Linux for RV64 发行版，以便于这类同学进行实验：

注：后续的配置主要基于 Linux for x86-64 系统环境，如果同学采用 Linux for RV64 环境，需要自己配置。不过在同学比较熟悉的情况下，配置方法类似且更加简单。可能存在的主要问题是，面向 Linux for RV64 的相关软件包可能不全，这样需要同学从源码直接编译出缺失的软件包。

C 开发环境配置

在实验或练习过程中，也会涉及部分基于 C 语言的开发，可以安装基本的本机开发环境和交叉开发环境。下面是以 Ubuntu 20.04 为例，需要安装的 C 开发环境涉及的软件：

$ sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade
$ sudo apt-get install git build-essential gdb-multiarch qemu-system-misc gcc-riscv64-linux-gnu binutils-riscv64-linux-gnu

注：上述软件不是 Rust 开发环境所必须的。且 ubuntu 20.04 的 QEMU 软件版本低，而本书实验需要安装 7.0 以上版本的 QEMU。

Rust 开发环境配置

首先安装 Rust 版本管理器 rustup 和 Rust 包管理器 cargo，这里我们用官方的安装脚本来安装：

curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh

如果通过官方的脚本下载失败了，可以在浏览器的地址栏中输入 https://sh.rustup.rs 来下载脚本，在本地运行即可。

如果官方的脚本在运行时出现了网络速度较慢的问题，可选地可以通过修改 rustup 的镜像地址（修改为中国科学技术大学的镜像服务器）来加速：

export RUSTUP_DIST_SERVER= https://mirrors.ustc.edu.cn/rust-static
export RUSTUP_UPDATE_ROOT= https://mirrors.ustc.edu.cn/rust-static/rustup
curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh

或者使用 tuna 源来加速参见 rustup 帮助：

export RUSTUP_DIST_SERVER= https://mirrors.tuna.edu.cn/rustup
export RUSTUP_UPDATE_ROOT= https://mirrors.tuna.edu.cn/rustup/rustup
curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh

或者也可以通过在运行前设置命令行中的科学上网代理来实现：

# e.g. Shadowsocks 代理，请根据自身配置灵活调整下面的链接
export https_proxy= http://127.0.0.1:1080
export http_proxy= http://127.0.0.1:1080
export ftp_proxy= http://127.0.0.1:1080

安装完成后，我们可以重新打开一个终端来让之前设置的环境变量生效。我们也可以手动将环境变量设置应用到当前终端，只需要输入以下命令：

接下来，我们可以确认一下我们正确安装了 Rust 工具链：

rustc --version

可以看到当前安装的工具链的版本。

rustc 1.62.0-nightly (1f7fb6413 2022-04-10)

[! warning] 一定要使用 nightly 版本！目前用于操作系统实验开发的 rustc 编译器的版本不局限在 1.46.0 这样的数字上，你可以选择更新版本的 rustc 编译器。但注意只能用 rustc 的 nightly 类型的版本。

可通过如下命令安装 rustc 的 nightly 版本，并把该版本设置为 rustc 的缺省版本。

rustup install nightly
rustup default nightly

我们最好把软件包管理器 cargo 所用的软件包镜像地址 crates. io 也换成中国科学技术大学的镜像服务器来加速三方库的下载。我们打开（如果没有就新建） ~/. cargo/config 文件，并把内容修改为：

[source. crates-io]
registry = " https://github.com/rust-lang/crates.io-index"
replace-with = 'ustc'
[source. ustc]
registry = "git://mirrors. ustc. edu. cn/crates. io-index"

同样，也可以使用 tuna 源参见 crates.io 帮助：

[source. crates-io]
replace-with = 'tuna'

[source. tuna]
registry = " https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/crates.io-index.git"

接下来安装一些 Rust 相关的软件包

rustup target add riscv64gc-unknown-none-elf
cargo install cargo-binutils
rustup component add llvm-tools-preview
rustup component add rust-src

保证软件包齐全

如果你换了另外一个 rustc 编译器（必须是 nightly 版的），需要重新安装上述 rustc 所需软件包。rCore-Tutorial 仓库中的 Makefile 包含了这些工具的安装，如果你使用 make run 也可以不手动安装。

至于 Rust 开发环境，推荐 JetBrains Clion + Rust 插件或者 Visual Studio Code 搭配 rust-analyzer 和 RISC-V Support 插件。

JetBrains Clion 是付费商业软件，但对于学生和教师，只要在 JetBrains 网站注册账号，可以享受一定期限（半年左右）的免费使用的福利。
Visual Studio Code 是开源软件，不用付费就可使用。
当然，采用 VIM，Emacs 等传统的编辑器也是没有问题的。

QEMU 模拟器安装

我们需要使用 QEMU 7.0 版本进行实验，低版本的 QEMU 可能导致框架代码不能正常运行。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，因此我们需要从源码手动编译安装 QEMU 模拟器软件。下面以 Ubuntu 18.04/20.04 上的安装流程为例进行说明：

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 \
              zlib1g-dev libexpat-dev pkg-config  libglib2.0-dev libpixman-1-dev libsdl2-dev \
              git tmux python3 python3-pip ninja-build
# 下载源码包
# 如果下载速度过慢可以使用我们提供的百度网盘链接： https://pan.baidu.com/s/1dykndFzY73nqkPL2QXs32Q
# 提取码：jimc
wget https://download.qemu.org/qemu-7.0.0.tar.xz
# 解压
tar xvJf 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  # 如果要支持图形界面，可添加 " --enable-sdl" 参数
make -j$(nproc)

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。

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：

# 请注意，qemu-7.0.0 的父目录可以随着你的实际安装位置灵活调整
export PATH=$PATH:/path/to/qemu-7.0.0/build

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

在其他缺少预编译 QEMU with RV64 软件包的 Linux x86-64 环境（如 openEuler 操作系统）上，首先需要从 openEuler 社区维护的 QEMU 的 riscv 分支下载 QEMU 源码，并直接通过 rpmbuild 进行构建。

尽量避免使用 qemu-kvm

请尽量不要安装 qemu-kvm ，这可能会导致我们的框架无法正常运行。如果已经安装，可以考虑换用 Docker 。

另外，我们仅在 Qemu 7.0.0 版本上进行了测试，请尽量不要切换到其他版本。

K210 真机串口通信

为了能在 K210 真机上运行 Tutorial，我们还需要安装基于 Python 的串口通信库和简易的串口终端。

pip3 install pyserial
sudo apt install python3-serial

GDB 调试支持

目前我们仅支持基于 QEMU 模拟器进行调试。在 os 目录下 make debug 可以调试我们的内核，这需要安装终端复用工具 tmux ，还需要支持 riscv64 指令集的 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：

最新版的工具链可以在 sifive 官方的 repo 中找到。

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。

在其他缺少预编译 riscv64 gcc 工具链的 Linux x86-64 环境（如 openEuler 操作系统、龙蜥操作系统等）上，则需要 clone riscv 工具链仓库并参考其说明手动构建。

出于某些原因，我们全程使用 release 模式进行构建。为了正常进行调试，请确认各项目（如 os , user 和 easy-fs ）的 Cargo.toml 中包含如下配置：

[profile.release]
debug = true

此外，参考 os/Makefile ，还可以先打开一个终端页面 make gdbserver 启动 QEMU ，此后另开一个终端页面在同目录下 make gdbclient 将 GDB 客户端连接到 QEMU 进行调试。我们推荐使用 gdb-dashboard 插件，可以大大提升调试体验。在本节的评论区已有同学提供了基于各种 IDE 的调试方法，也可参考。

运行 rCore-Tutorial-v3

在 QEMU 模拟器上运行

如果是在 QEMU 模拟器上运行，只需在 os 目录下 make run 即可。在内核加载完毕之后，可以看到目前可以用的应用程序。 usertests 打包了其中的很大一部分，所以我们可以运行它，只需输入在终端中输入它的名字即可。

之后，可以先按下 Ctrl+a （即：先按下 Ctrl 不松开，再按下小写字母 a 不放，随后同时将两个键松开），再按下 x 来退出 QEMU。

在 K210 平台上运行

如果是在 K210 平台上运行则略显复杂。

首先，我们需要将 MicroSD 插入 PC 来将文件系统镜像拷贝上去。

[! warning] 在 os/Makefile 中我们默认设置 MicroSD 在当前操作系统中可以用设备 SDCARD=/dev/sdb 访问。你可以使用 df -hT 命令来确认在你的环境中 MicroSD 是哪个设备，并在 make sdcard 之前对 os/Makefile 的 SDCARD 配置做出适当的修改。不然，这有可能导致 设备 /dev/sdb 上数据丢失 ！

随后，我们将 MicroSD 插入 K210 开发板，将 K210 开发板连接到 PC ，然后进入 os 目录 make run BOARD=k210 在 K210 开发板上跑 rCore Tutorial 。

之后，可以按下 Ctrl+] 来退出串口终端。

由于教程的 ch1~ch5 分支还没有文件系统，在 K210 上运行这些分支无需 MicroSD 卡也不需要进行文件系统镜像烧写工作，直接切换到 os 目录下 make run BOARD=k210 即可。

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！

Q & A

当代码跑不起来的时候，可以尝试：

分支是否与 rCore-Tutorial-v3 原版仓库（而非 fork 出来的仓库）的对应分支同步。如不同步的话考虑通过 git pull 进行更新。注：这是因为 Rust 的版本更迭较快，如不及时更新的话曾经能正常运行的代码也会无法运行。
项目根目录下的 rust-toolchain 非常重要，它代表整个项目采用的 Rust 工具链版本。请务必保持其与原版仓库对应分支一致。
项目根目录下是否存在放置 RustSBI 的 bootloader/ 目录。如不存在的话可从原版仓库的各分支上获取。
通过 make clean 或者 cargo clean 删除 os 或 user 目录下的构建产物，并重新 make run 。注：出现这样的问题通常说明框架的构建脚本存在 bug，可以提 issue。

如果怀疑遇到了网络问题，可以检查：

请按照本节说明进行 Rust 安装和 crates. io 镜像配置。通常情况下能够解决 Rust 工具链更新和下载已发布到 crates. io 上库的问题。

如果发现在试图从 github 上下载下述几个库的时候卡死，可以修改 os 和 user 目录下的 Cargo. toml 替换为 gitee 上的镜像。例如，将：

riscv = { git = " https://github.com/rcore-os/riscv" , features = ["inline-asm"] }
virtio-drivers = { git = " https://github.com/rcore-os/virtio-drivers" }
k210-pac = { git = " https://github.com/wyfcyx/k210-pac" }
k210-hal = { git = " https://github.com/wyfcyx/k210-hal" }
k210-soc = { git = " https://github.com/wyfcyx/k210-soc" }

替换为：

riscv = { git = " https://gitee.com/rcore-os/riscv" , features = ["inline-asm"] }
virtio-drivers = { git = " https://gitee.com/rcore-os/virtio-drivers" }
k210-pac = { git = " https://gitee.com/wyfcyx/k210-pac" }
k210-hal = { git = " https://gitee.com/wyfcyx/k210-hal" }
k210-soc = { git = " https://gitee.com/wyfcyx/k210-soc" }

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