Update README.md

README.md

@@ -0,0 +1,95 @@
+# 🖥️ Операционная система в 1000 строках кода на С
+
+> Минимальная операционная система для архитектуры RISC-V 32-bit, реализованная по книге [Operating System in 1,000 Lines](https://operating-system-in-1000-lines.vercel.app/en/)
+
+![](./screenshot.png)
+
+---
+
+## 📋 Стек
+
+- **Архитектура:** RISC-V 32-bit
+- **Компилятор:** Clang с поддержкой RISC-V
+- **Язык:** C11 (no std)
+- **Виртуализация:** QEMU (для эмуляции)
+
+---
+
+## 🚀 О проекте
+
+- **Минимальная операционная система** с полным набором базовых функций
+- **Управление памятью** с поддержкой виртуальной адресации и страничной организации памяти (SV32)
+  - Выделение страниц памяти
+  - Маппинг виртуальных адресов на физические
+  - Изоляция адресных пространств процессов
+- **Многозадачность** с поддержкой до 8 процессов одновременно
+  - Переключение контекста между процессами
+  - Планировщик задач с round-robin алгоритмом
+  - Изоляция процессов через отдельные page tables
+- **Системные вызовы** для взаимодействия пользовательских программ с ядром
+  - `SYS_PUTCHAR` — вывод символа в консоль
+  - `SYS_GETCHAR` — чтение символа из консоли (с блокировкой)
+  - `SYS_EXIT` — завершение процесса
+  - `SYS_READFILE` — чтение файла
+  - `SYS_WRITEFILE` — запись в файл
+- **Файловая система** на основе формата tar (ustar)
+  - Поддержка чтения и записи файлов
+  - Автоматическая загрузка файлов из образа диска при старте
+  - Сохранение изменений на диск через VirtIO
+- **Работа с диском** через интерфейс VirtIO Block Device
+  - Чтение и запись секторов диска
+  - Поддержка виртуальных очередей VirtIO
+- **Обработка исключений и прерываний** через trap handler
+  - Обработка системных вызовов через инструкцию `ecall`
+  - Переключение между режимами supervisor и user
+- **Интерактивная оболочка (shell)** в пользовательском пространстве
+  - Команда `hello` — приветствие
+  - Команда `exit` — выход из shell
+  - Команда `readfile` — чтение файла
+  - Команда `writefile` — запись в файл
+- **Разделение на kernel и user space**
+  - Ядро работает в режиме supervisor
+  - Пользовательские программы работают в режиме user с ограниченными правами
+  - Защита памяти через page tables
+
+---
+
+## 📝 Структура проекта
+
+```
+OSIn1000Lines/
+├── src/
+│   ├── kernel.c      # Основной код ядра (управление процессами, системные вызовы)
+│   ├── kernel.h      # Заголовочные файлы ядра
+│   ├── kernel.ld     # Скрипт линковки ядра
+│   ├── user.c        # Пользовательское пространство (системные вызовы)
+│   ├── user.h        # Заголовочные файлы пользовательского пространства
+│   ├── user.ld       # Скрипт линковки пользовательских программ
+│   ├── shell.c       # Код интерактивной оболочки
+│   ├── common.c      # Общие функции (printf, memset, memcpy, strcmp)
+│   ├── common.h      # Общие определения
+│   ├── Makefile      # Сборка проекта
+│   ├── disk/         # Файлы для файловой системы
+│   │   ├── hello.txt
+│   │   └── meow.txt
+│   └── run.sh        # Скрипт запуска в QEMU для Linux
+│   └── run.bat        # Скрипт запуска в QEMU для Windows
+└── README.md         # Этот файл
+```
+
+---
+
+## 🎯 Сборка и запуск
+
+### Требования
+
+- **Clang** с поддержкой RISC-V target
+- **LLVM objcopy** (llvm-objcopy)
+- **QEMU** с поддержкой RISC-V 32-bit
+
+### Запуск
+
+```bash
+cd src
+./run.sh
+```

src/Makefile

@@ -1,5 +1,14 @@
 CC = clang
+OBJCOPY=llvm-objcopy
 CFLAGS = -std=c11 -O2 -g3 -Wall -Wextra --target=riscv32 -ffreestanding -nostdlib
 
-kernel:
-	$(CC) $(CFLAGS) -Wl,-Tkernel.ld -Wl,-Map=kernel.map -o kernel.elf kernel.c common.c
+kernel: shell disk.tar
+	$(CC) $(CFLAGS) -Wl,-Tkernel.ld -Wl,-Map=kernel.map -o kernel.elf kernel.c common.c shell.bin.o
+
+shell:
+	$(CC) $(CFLAGS) -Wl,-Tuser.ld -Wl,-Map=shell.map -o shell.elf shell.c user.c common.c
+	$(OBJCOPY) --set-section-flags .bss=alloc,contents -O binary shell.elf shell.bin
+	$(OBJCOPY) -Ibinary -Oelf32-littleriscv shell.bin shell.bin.o
+
+disk.tar: $(wildcard disk/*.txt)
+	cd disk && tar cf ../disk.tar --format=ustar ./*.txt

src/common.h

@@ -28,6 +28,17 @@ typedef uint32_t vaddr_t;
 
 #define PAGE_SIZE 4096
 
+#define USER_BASE 0x1000000
+
+#define SSTATUS_SPIE (1 << 5)
+#define SSTATUS_SUM (1 << 18)
+
+#define SYS_PUTCHAR 1
+#define SYS_GETCHAR 2
+#define SYS_EXIT 3
+#define SYS_READFILE 4
+#define SYS_WRITEFILE 5
+
 void *memset(void *buf, char c, size_t n);
 void *memcpy(void *dst, const void *src, size_t n);
 

src/kernel.c

@@ -21,6 +21,10 @@ struct sbiret sbi_call(long arg0, long arg1, long arg2, long arg3, long arg4,
 }
 
 void putchar(char ch) { sbi_call(ch, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1); }
+long getchar(void) {
+    struct sbiret ret = sbi_call(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 2);
+    return ret.error;
+}
 
 // ===== MEMORY ALLOCATION =====
 paddr_t alloc_pages(uint32_t n) {
@@ -54,7 +58,7 @@ void map_page(uint32_t *table1, uint32_t vaddr, paddr_t paddr, uint32_t flags) {
 }
 
 // ===== Exception handler =====
-void kernel_entry(void) {
+__attribute__((naked)) __attribute__((aligned(4))) void kernel_entry(void) {
     __asm__ __volatile__("csrrw sp, sscratch, sp\n"
 
                          "addi sp, sp, -4 * 31\n"
@@ -89,9 +93,11 @@ void kernel_entry(void) {
                          "sw s10, 4 * 28(sp)\n"
                          "sw s11, 4 * 29(sp)\n"
 
+                         // Извлечение и сохранение sp в момент исключения.
                          "csrr a0, sscratch\n"
                          "sw a0,  4 * 30(sp)\n"
 
+                         // Сброс стека ядра.
                          "addi a0, sp, 4 * 31\n"
                          "csrw sscratch, a0\n"
 
@@ -132,13 +138,20 @@ void kernel_entry(void) {
                          "sret\n");
 }
 
+void handle_syscall(struct trap_frame *f);
 void handle_trap(struct trap_frame *f) {
     uint32_t scause = READ_CSR(scause);
     uint32_t stval = READ_CSR(stval);
     uint32_t user_pc = READ_CSR(sepc);
+    if (scause == SCAUSE_ECALL) {
+        handle_syscall(f);
+        user_pc += 4;
+    } else {
+        PANIC("unexpected trap scause=%x, stval=%x, sepc=%x\n", scause, stval,
+              user_pc);
+    }
 
-    PANIC("unexpected trap scause=%x, stval=%x, sepc=%x\n", scause, stval,
-          user_pc);
+    WRITE_CSR(sepc, user_pc);
 }
 
 // ===== Multiprocessing =====
@@ -182,7 +195,17 @@ __attribute__((naked)) void switch_context(uint32_t *prev_sp,
                          "ret\n");
 }
 
-struct process *create_process(uint32_t pc) {
+__attribute__((naked)) void user_entry(void) {
+    __asm__ __volatile__("csrw sepc, %[sepc]\n"
+                         "csrw sstatus, %[sstatus]\n"
+                         "sret\n"
+                         :
+                         : [sepc] "r"(USER_BASE),
+                           [sstatus] "r"(SSTATUS_SPIE | SSTATUS_SUM) // updated
+    );
+}
+
+struct process *create_process(const void *image, size_t image_size) {
     struct process *proc = NULL;
     int i;
     for (i = 0; i < PROCS_MAX; i++) {
@@ -196,25 +219,38 @@ struct process *create_process(uint32_t pc) {
         PANIC("no free process slots");
 
     uint32_t *sp = (uint32_t *)&proc->stack[sizeof(proc->stack)];
-    *--sp = 0;            // s11
-    *--sp = 0;            // s10
-    *--sp = 0;            // s9
-    *--sp = 0;            // s8
-    *--sp = 0;            // s7
-    *--sp = 0;            // s6
-    *--sp = 0;            // s5
-    *--sp = 0;            // s4
-    *--sp = 0;            // s3
-    *--sp = 0;            // s2
-    *--sp = 0;            // s1
-    *--sp = 0;            // s0
-    *--sp = (uint32_t)pc; // ra
+    *--sp = 0;                    // s11
+    *--sp = 0;                    // s10
+    *--sp = 0;                    // s9
+    *--sp = 0;                    // s8
+    *--sp = 0;                    // s7
+    *--sp = 0;                    // s6
+    *--sp = 0;                    // s5
+    *--sp = 0;                    // s4
+    *--sp = 0;                    // s3
+    *--sp = 0;                    // s2
+    *--sp = 0;                    // s1
+    *--sp = 0;                    // s0
+    *--sp = (uint32_t)user_entry; // ra
 
     uint32_t *page_table = (uint32_t *)alloc_pages(1);
+
     for (paddr_t paddr = (paddr_t)__kernel_base;
          paddr < (paddr_t)__free_ram_end; paddr += PAGE_SIZE)
         map_page(page_table, paddr, paddr, PAGE_R | PAGE_W | PAGE_X);
 
+    map_page(page_table, VIRTIO_BLK_PADDR, VIRTIO_BLK_PADDR, PAGE_R | PAGE_W);
+
+    for (uint32_t off = 0; off < image_size; off += PAGE_SIZE) {
+        paddr_t page = alloc_pages(1);
+
+        size_t remaining = image_size - off;
+        size_t copy_size = PAGE_SIZE <= remaining ? PAGE_SIZE : remaining;
+
+        memcpy((void *)page, image + off, copy_size);
+        map_page(page_table, USER_BASE + off, page,
+                 PAGE_U | PAGE_R | PAGE_W | PAGE_X);
+    }
     proc->pid = i + 1;
     proc->state = PROC_RUNNABLE;
     proc->sp = (uint32_t)sp;
@@ -248,35 +284,273 @@ void yield(void) {
     switch_context(&prev->sp, &next->sp);
 }
 
+// ===== Disk I/O =====
+uint32_t virtio_reg_read32(unsigned offset) {
+    return *((volatile uint32_t *)(VIRTIO_BLK_PADDR + offset));
+}
+
+uint64_t virtio_reg_read64(unsigned offset) {
+    return *((volatile uint64_t *)(VIRTIO_BLK_PADDR + offset));
+}
+
+void virtio_reg_write32(unsigned offset, uint32_t value) {
+    *((volatile uint32_t *)(VIRTIO_BLK_PADDR + offset)) = value;
+}
+
+void virtio_reg_fetch_and_or32(unsigned offset, uint32_t value) {
+    virtio_reg_write32(offset, virtio_reg_read32(offset) | value);
+}
+
+struct virtio_virtq *virtq_init(unsigned index) {
+    paddr_t virtq_paddr = alloc_pages(
+        align_up(sizeof(struct virtio_virtq), PAGE_SIZE) / PAGE_SIZE);
+    struct virtio_virtq *vq = (struct virtio_virtq *)virtq_paddr;
+    vq->queue_index = index;
+    vq->used_index = (volatile uint16_t *)&vq->used.index;
+    virtio_reg_write32(VIRTIO_REG_QUEUE_SEL, index);
+    virtio_reg_write32(VIRTIO_REG_QUEUE_NUM, VIRTQ_ENTRY_NUM);
+    virtio_reg_write32(VIRTIO_REG_QUEUE_ALIGN, 0);
+    virtio_reg_write32(VIRTIO_REG_QUEUE_PFN, virtq_paddr);
+    return vq;
+}
+
+void virtio_blk_init(void) {
+    if (virtio_reg_read32(VIRTIO_REG_MAGIC) != 0x74726976)
+        PANIC("virtio: invalid magic value");
+    if (virtio_reg_read32(VIRTIO_REG_VERSION) != 1)
+        PANIC("virtio: invalid version");
+    if (virtio_reg_read32(VIRTIO_REG_DEVICE_ID) != VIRTIO_DEVICE_BLK)
+        PANIC("virtio: invalid device id");
+
+    virtio_reg_write32(VIRTIO_REG_DEVICE_STATUS, 0);
+    virtio_reg_fetch_and_or32(VIRTIO_REG_DEVICE_STATUS, VIRTIO_STATUS_ACK);
+    virtio_reg_fetch_and_or32(VIRTIO_REG_DEVICE_STATUS, VIRTIO_STATUS_DRIVER);
+    virtio_reg_fetch_and_or32(VIRTIO_REG_DEVICE_STATUS, VIRTIO_STATUS_FEAT_OK);
+    blk_request_vq = virtq_init(0);
+    virtio_reg_write32(VIRTIO_REG_DEVICE_STATUS, VIRTIO_STATUS_DRIVER_OK);
+
+    blk_capacity =
+        virtio_reg_read64(VIRTIO_REG_DEVICE_CONFIG + 0) * SECTOR_SIZE;
+    printf("virtio-blk: capacity is %d bytes\n", blk_capacity);
+
+    blk_req_paddr =
+        alloc_pages(align_up(sizeof(*blk_req), PAGE_SIZE) / PAGE_SIZE);
+    blk_req = (struct virtio_blk_req *)blk_req_paddr;
+}
+
+void virtq_kick(struct virtio_virtq *vq, int desc_index) {
+    vq->avail.ring[vq->avail.index % VIRTQ_ENTRY_NUM] = desc_index;
+    vq->avail.index++;
+    __sync_synchronize();
+    virtio_reg_write32(VIRTIO_REG_QUEUE_NOTIFY, vq->queue_index);
+    vq->last_used_index++;
+}
+
+bool virtq_is_busy(struct virtio_virtq *vq) {
+    return vq->last_used_index != *vq->used_index;
+}
+
+void read_write_disk(void *buf, unsigned sector, int is_write) {
+    if (sector >= blk_capacity / SECTOR_SIZE) {
+        printf("virtio: tried to read/write sector=%d, but capacity is %d\n",
+               sector, blk_capacity / SECTOR_SIZE);
+        return;
+    }
+
+    blk_req->sector = sector;
+    blk_req->type = is_write ? VIRTIO_BLK_T_OUT : VIRTIO_BLK_T_IN;
+    if (is_write)
+        memcpy(blk_req->data, buf, SECTOR_SIZE);
+
+    struct virtio_virtq *vq = blk_request_vq;
+    vq->descs[0].addr = blk_req_paddr;
+    vq->descs[0].len = sizeof(uint32_t) * 2 + sizeof(uint64_t);
+    vq->descs[0].flags = VIRTQ_DESC_F_NEXT;
+    vq->descs[0].next = 1;
+
+    vq->descs[1].addr = blk_req_paddr + offsetof(struct virtio_blk_req, data);
+    vq->descs[1].len = SECTOR_SIZE;
+    vq->descs[1].flags =
+        VIRTQ_DESC_F_NEXT | (is_write ? 0 : VIRTQ_DESC_F_WRITE);
+    vq->descs[1].next = 2;
+
+    vq->descs[2].addr = blk_req_paddr + offsetof(struct virtio_blk_req, status);
+    vq->descs[2].len = sizeof(uint8_t);
+    vq->descs[2].flags = VIRTQ_DESC_F_WRITE;
+
+    virtq_kick(vq, 0);
+
+    while (virtq_is_busy(vq))
+        ;
+
+    if (blk_req->status != 0) {
+        printf("virtio: warn: failed to read/write sector=%d status=%d\n",
+               sector, blk_req->status);
+        return;
+    }
+
+    if (!is_write)
+        memcpy(buf, blk_req->data, SECTOR_SIZE);
+}
+
+// ===== Filesystem =====
+struct file files[FILES_MAX];
+uint8_t disk[DISK_MAX_SIZE];
+
+int oct2int(char *oct, int len) {
+    int dec = 0;
+    for (int i = 0; i < len; i++) {
+        if (oct[i] < '0' || oct[i] > '7')
+            break;
+
+        dec = dec * 8 + (oct[i] - '0');
+    }
+    return dec;
+}
+
+void fs_init(void) {
+    for (unsigned sector = 0; sector < sizeof(disk) / SECTOR_SIZE; sector++)
+        read_write_disk(&disk[sector * SECTOR_SIZE], sector, false);
+
+    unsigned off = 0;
+    for (int i = 0; i < FILES_MAX; i++) {
+        struct tar_header *header = (struct tar_header *)&disk[off];
+        if (header->name[0] == '\0')
+            break;
+
+        if (strcmp(header->magic, "ustar") != 0)
+            PANIC("invalid tar header: magic=\"%s\"", header->magic);
+
+        int filesz = oct2int(header->size, sizeof(header->size));
+        struct file *file = &files[i];
+        file->in_use = true;
+        strcpy(file->name, header->name);
+        memcpy(file->data, header->data, filesz);
+        file->size = filesz;
+        printf("file: %s, size=%d\n", file->name, file->size);
+
+        off += align_up(sizeof(struct tar_header) + filesz, SECTOR_SIZE);
+    }
+}
+void fs_flush(void) {
+    memset(disk, 0, sizeof(disk));
+    unsigned off = 0;
+    for (int file_i = 0; file_i < FILES_MAX; file_i++) {
+        struct file *file = &files[file_i];
+        if (!file->in_use)
+            continue;
+
+        struct tar_header *header = (struct tar_header *)&disk[off];
+        memset(header, 0, sizeof(*header));
+        strcpy(header->name, file->name);
+        strcpy(header->mode, "000644");
+        strcpy(header->magic, "ustar");
+        strcpy(header->version, "00");
+        header->type = '0';
+
+        int filesz = file->size;
+        for (int i = sizeof(header->size); i > 0; i--) {
+            header->size[i - 1] = (filesz % 8) + '0';
+            filesz /= 8;
+        }
+
+        int checksum = ' ' * sizeof(header->checksum);
+        for (unsigned i = 0; i < sizeof(struct tar_header); i++)
+            checksum += (unsigned char)disk[off + i];
+
+        for (int i = 5; i >= 0; i--) {
+            header->checksum[i] = (checksum % 8) + '0';
+            checksum /= 8;
+        }
+
+        memcpy(header->data, file->data, file->size);
+        off += align_up(sizeof(struct tar_header) + file->size, SECTOR_SIZE);
+    }
+
+    for (unsigned sector = 0; sector < sizeof(disk) / SECTOR_SIZE; sector++)
+        read_write_disk(&disk[sector * SECTOR_SIZE], sector, true);
+
+    printf("wrote %d bytes to disk\n", sizeof(disk));
+}
+
+struct file *fs_lookup(const char *filename) {
+    for (int i = 0; i < FILES_MAX; i++) {
+        struct file *file = &files[i];
+        if (!strcmp(file->name, filename))
+            return file;
+    }
+
+    return NULL;
+}
+// ===== System calls =====
+void handle_syscall(struct trap_frame *f) {
+    switch (f->a3) {
+    case SYS_PUTCHAR:
+        putchar(f->a0);
+        break;
+    case SYS_GETCHAR:
+        while (1) {
+            long ch = getchar();
+            if (ch >= 0) {
+                f->a0 = ch;
+                break;
+            }
+
+            yield();
+        }
+        break;
+    case SYS_EXIT:
+        printf("process %d exited\n", current_proc->pid);
+        current_proc->state = PROC_EXITED;
+        yield();
+        PANIC("unreachable");
+    case SYS_READFILE:
+    case SYS_WRITEFILE: {
+        const char *filename = (const char *)f->a0;
+        char *buf = (char *)f->a1;
+        int len = f->a2;
+        struct file *file = fs_lookup(filename);
+        if (!file) {
+            printf("file not found: %s\n", filename);
+            f->a0 = -1;
+            break;
+        }
+
+        if (len > (int)sizeof(file->data))
+            len = file->size;
+
+        if (f->a3 == SYS_WRITEFILE) {
+            memcpy(file->data, buf, len);
+            file->size = len;
+            fs_flush();
+        } else {
+            memcpy(buf, file->data, len);
+        }
+
+        f->a0 = len;
+        break;
+    }
+    default:
+        PANIC("unexpected syscall a3=%x\n", f->a3);
+    }
+}
+
 // ===== ENTRY POINT =====
-struct process *proc_a;
-struct process *proc_b;
-
-void proc_a_entry(void) {
-    while (1) {
-        putchar('A');
-        yield();
-    }
-}
-
-void proc_b_entry(void) {
-    while (1) {
-        putchar('B');
-        yield();
-    }
-}
-
 void kernel_main(void) {
     memset(__bss, 0, (size_t)__bss_end - (size_t)__bss);
 
+    printf("\n\n");
+
     WRITE_CSR(stvec, (uint32_t)kernel_entry);
 
-    idle_proc = create_process((uint32_t)NULL);
+    virtio_blk_init();
+    fs_init();
+
+    idle_proc = create_process(NULL, 0);
     idle_proc->pid = -1;
     current_proc = idle_proc;
 
-    proc_a = create_process((uint32_t)proc_a_entry);
-    proc_b = create_process((uint32_t)proc_b_entry);
+    create_process(_binary_shell_bin_start, (size_t)_binary_shell_bin_size);
 
     yield();
     PANIC("switched to idle process");

src/kernel.h

@@ -7,6 +7,7 @@ extern char __bss[], __bss_end[];
 extern char __stack_top[];
 extern char __free_ram[], __free_ram_end[];
 extern char __kernel_base[];
+extern char _binary_shell_bin_start[], _binary_shell_bin_size[];
 
 // ===== SBI data ======
 struct sbiret {
@@ -54,6 +55,7 @@ struct trap_frame {
 
 #define PROC_UNUSED 0
 #define PROC_RUNNABLE 1
+#define PROC_EXITED 2
 
 struct process {
     int pid;
@@ -74,6 +76,114 @@ struct process *idle_proc;
 #define PAGE_X (1 << 3)
 #define PAGE_U (1 << 4)
 
+// ===== Disk I/O =====
+#define SECTOR_SIZE 512
+#define VIRTQ_ENTRY_NUM 16
+#define VIRTIO_DEVICE_BLK 2
+#define VIRTIO_BLK_PADDR 0x10001000
+#define VIRTIO_REG_MAGIC 0x00
+#define VIRTIO_REG_VERSION 0x04
+#define VIRTIO_REG_DEVICE_ID 0x08
+#define VIRTIO_REG_QUEUE_SEL 0x30
+#define VIRTIO_REG_QUEUE_NUM_MAX 0x34
+#define VIRTIO_REG_QUEUE_NUM 0x38
+#define VIRTIO_REG_QUEUE_ALIGN 0x3c
+#define VIRTIO_REG_QUEUE_PFN 0x40
+#define VIRTIO_REG_QUEUE_READY 0x44
+#define VIRTIO_REG_QUEUE_NOTIFY 0x50
+#define VIRTIO_REG_DEVICE_STATUS 0x70
+#define VIRTIO_REG_DEVICE_CONFIG 0x100
+#define VIRTIO_STATUS_ACK 1
+#define VIRTIO_STATUS_DRIVER 2
+#define VIRTIO_STATUS_DRIVER_OK 4
+#define VIRTIO_STATUS_FEAT_OK 8
+#define VIRTQ_DESC_F_NEXT 1
+#define VIRTQ_DESC_F_WRITE 2
+#define VIRTQ_AVAIL_F_NO_INTERRUPT 1
+#define VIRTIO_BLK_T_IN 0
+#define VIRTIO_BLK_T_OUT 1
+
+struct virtq_desc {
+    uint64_t addr;
+    uint32_t len;
+    uint16_t flags;
+    uint16_t next;
+} __attribute__((packed));
+
+struct virtq_avail {
+    uint16_t flags;
+    uint16_t index;
+    uint16_t ring[VIRTQ_ENTRY_NUM];
+} __attribute__((packed));
+
+struct virtq_used_elem {
+    uint32_t id;
+    uint32_t len;
+} __attribute__((packed));
+
+struct virtq_used {
+    uint16_t flags;
+    uint16_t index;
+    struct virtq_used_elem ring[VIRTQ_ENTRY_NUM];
+} __attribute__((packed));
+
+struct virtio_virtq {
+    struct virtq_desc descs[VIRTQ_ENTRY_NUM];
+    struct virtq_avail avail;
+    struct virtq_used used __attribute__((aligned(PAGE_SIZE)));
+    int queue_index;
+    volatile uint16_t *used_index;
+    uint16_t last_used_index;
+} __attribute__((packed));
+
+struct virtio_blk_req {
+    uint32_t type;
+    uint32_t reserved;
+    uint64_t sector;
+    uint8_t data[512];
+    uint8_t status;
+} __attribute__((packed));
+
+struct virtio_virtq *blk_request_vq;
+struct virtio_blk_req *blk_req;
+paddr_t blk_req_paddr;
+unsigned blk_capacity;
+
+// ===== Filesystem =====
+#define FILES_MAX 2
+#define DISK_MAX_SIZE align_up(sizeof(struct file) * FILES_MAX, SECTOR_SIZE)
+
+struct tar_header {
+    char name[100];
+    char mode[8];
+    char uid[8];
+    char gid[8];
+    char size[12];
+    char mtime[12];
+    char checksum[8];
+    char type;
+    char linkname[100];
+    char magic[6];
+    char version[2];
+    char uname[32];
+    char gname[32];
+    char devmajor[8];
+    char devminor[8];
+    char prefix[155];
+    char padding[12];
+    char data[];
+} __attribute__((packed));
+
+struct file {
+    bool in_use;
+    char name[100];
+    char data[1024];
+    size_t size;
+};
+
+// ===== System calls =====
+#define SCAUSE_ECALL 8
+
 // ===== Macros =====
 #define READ_CSR(reg)                                                          \
     ({                                                                         \

src/run.bat

@@ -1,4 +1,6 @@
 @echo off
 make kernel
 cd /d "C:\Program Files\qemu"
-qemu-system-riscv32.exe -machine virt -bios default -nographic -serial mon:stdio --no-reboot -kernel %~dp0kernel.elf
+qemu-system-riscv32.exe -machine virt -bios default -nographic -serial mon:stdio --no-reboot -drive id=drive0,file=disk.tar,format=raw,if=none -device virtio-blk-device,drive=drive0,bus=virtio-mmio-bus.0 -kernel %~dp0kernel.elf
+
+

src/run.sh

@@ -1,4 +1,4 @@
 #!/bin/bash
 set -xue
 
-make kernel && qemu-system-riscv32 -machine virt -bios default -nographic -serial mon:stdio --no-reboot -kernel kernel.elf
+make kernel && qemu-system-riscv32 -machine virt -bios default -nographic -serial mon:stdio --no-reboot -drive id=drive0,file=disk.tar,format=raw,if=none -device virtio-blk-device,drive=drive0,bus=virtio-mmio-bus.0 -kernel kernel.elf

src/shell.c

@@ -0,0 +1,37 @@
+#include "user.h"
+
+void main(void) {
+    while (1) {
+    prompt:
+        printf("> ");
+        char cmdline[128];
+        for (int i = 0;; i++) {
+            char ch = getchar();
+            putchar(ch);
+            if (i == sizeof(cmdline) - 1) {
+                printf("command line too long\n");
+                goto prompt;
+            } else if (ch == '\r') {
+                printf("\n");
+                cmdline[i] = '\0';
+                break;
+            } else {
+                cmdline[i] = ch;
+            }
+        }
+
+        if (strcmp(cmdline, "hello") == 0)
+            printf("Hello world from shell!\n");
+        else if (strcmp(cmdline, "exit") == 0)
+            exit();
+        else if (strcmp(cmdline, "readfile") == 0) {
+            char buf[128];
+            int len = readfile("./hello.txt", buf, sizeof(buf));
+            buf[len] = '\0';
+            printf("%s\n", buf);
+        } else if (strcmp(cmdline, "writefile") == 0)
+            writefile("./hello.txt", "Hello from shell!\n", 19);
+        else
+            printf("unknown command: %s\n", cmdline);
+    }
+}

src/user.c

@@ -0,0 +1,42 @@
+#include "user.h"
+
+extern char __stack_top[];
+
+int syscall(int sysno, int arg0, int arg1, int arg2) {
+    register int a0 __asm__("a0") = arg0;
+    register int a1 __asm__("a1") = arg1;
+    register int a2 __asm__("a2") = arg2;
+    register int a3 __asm__("a3") = sysno;
+
+    __asm__ __volatile__("ecall"
+                         : "=r"(a0)
+                         : "r"(a0), "r"(a1), "r"(a2), "r"(a3)
+                         : "memory");
+
+    return a0;
+}
+
+void putchar(char ch) { syscall(SYS_PUTCHAR, ch, 0, 0); }
+
+int getchar(void) { return syscall(SYS_GETCHAR, 0, 0, 0); }
+
+int readfile(const char *filename, char *buf, int len) {
+    return syscall(SYS_READFILE, (int)filename, (int)buf, len);
+}
+
+int writefile(const char *filename, const char *buf, int len) {
+    return syscall(SYS_WRITEFILE, (int)filename, (int)buf, len);
+}
+
+__attribute__((noreturn)) void exit(void) {
+    syscall(SYS_EXIT, 0, 0, 0);
+    for (;;)
+        ;
+}
+
+__attribute__((section(".text.start"))) __attribute__((naked)) void
+start(void) {
+    __asm__ __volatile__("mv sp, %[stack_top]\n"
+                         "call main\n"
+                         "call exit\n" ::[stack_top] "r"(__stack_top));
+}

src/user.h

@@ -0,0 +1,15 @@
+#pragma once
+
+#include "common.h"
+
+struct sysret {
+    int a0;
+    int a1;
+    int a2;
+};
+
+void putchar(char ch);
+int getchar(void);
+int readfile(const char *filename, char *buf, int len);
+int writefile(const char *filename, const char *buf, int len);
+__attribute__((noreturn)) void exit(void);

src/user.ld

@@ -0,0 +1,28 @@
+ENTRY(start)
+
+SECTIONS {
+    . = 0x1000000;
+
+    .text :{
+        KEEP(*(.text.start));
+        *(.text .text.*);
+    }
+
+    .rodata : ALIGN(4) {
+        *(.rodata .rodata.*);
+    }
+
+    .data : ALIGN(4) {
+        *(.data .data.*);
+    }
+
+    .bss : ALIGN(4) {
+        *(.bss .bss.* .sbss .sbss.*);
+
+        . = ALIGN(16);
+        . += 64 * 1024; /* 64KB */
+        __stack_top = .;
+
+       ASSERT(. < 0x1800000, "too large executable");
+    }
+}