实现系统调用 (Syscall) 支持

TL;DR

目标: 为 Proka Kernel 实现 x86_64 系统调用机制，支持 Ring 3 到 Ring 0 的特权级切换。

核心交付物:

MSR 配置模块 (IA32_STAR, IA32_LSTAR, IA32_FMASK)

syscall/sysret 汇编入口/出口处理

系统调用分发表和处理器

5 个基础系统调用 (exit, putc, ipc_send, ipc_recv, get_pid)

GDT 用户态段配置

测试验证程序

Estimated Effort: Medium-Large Parallel Execution: YES - 4 waves Critical Path: Wave 1 (MSR/GDT) → Wave 2 (Entry/Handler) → Wave 3 (Syscalls) → Wave 4 (Test)

Context

当前状态

Proka Kernel 已具备完整的进程/线程管理 (TCB/PCB)
IPC 框架已实现，支持消息传递和服务注册
调度器支持 Round-Robin 和 Priority 算法
缺失: 用户态执行环境，无法运行 Ring 3 代码

架构需求

根据 docs/architecture/index.md，系统调用是微内核重构的关键路径：

"系统调用 (Syscall) 硬件集成：配置 IA32_LSTAR 实现 Ring 3 到 Ring 0 的快速跳转"

设计决策

调用约定 (System V AMD64 ABI)

寄存器	作用
`rax`	系统调用号 (输入) / 返回值 (输出)
`rdi`	参数 1
`rsi`	参数 2
`rdx`	参数 3
`r10`	参数 4 (内核端，避免与 rcx 冲突)
`r8`	参数 5
`r9`	参数 6
`rcx`	硬件保存的返回地址 (rip)
`r11`	硬件保存的 CPU 标志位 (rflags)

MSR 配置

IA32_STAR (0xC0000081): 设置内核/用户代码段
IA32_LSTAR (0xC0000082): syscall 入口点地址
IA32_FMASK (0xC0000084): RFLAGS 掩码 (屏蔽 IF/TF)

GDT 布局要求

Index  | Selector | 用途
-------|----------|------------------
0      | 0x00     | Null
1      | 0x08     | Kernel Code (64-bit)
2      | 0x10     | Kernel Data
3      | 0x18     | User Data (32-bit compat)
4      | 0x20     | User Code (32-bit compat)
5      | 0x28     | User Data (64-bit)
6      | 0x30     | User Code (64-bit)
7      | 0x38     | TSS

基础系统调用表

编号	名称	功能	参数
0	sys_exit	终止当前进程	code: i32
1	sys_putc	字符输出 (调试)	c: u8
2	sys_ipc_send	发送 IPC 消息	target: Tid, msg: *const Message
3	sys_ipc_recv	接收 IPC 消息	sender: Option, timeout: Option
4	sys_get_pid	获取当前进程 PID	-

Work Objectives

Core Objective

实现完整的 x86_64 系统调用机制，使内核能够处理来自 Ring 3 的系统调用请求，并提供基础系统调用服务。

Concrete Deliverables

kernel/src/syscall/msr.rs - MSR 读写和配置
kernel/src/syscall/entry.asm - syscall/sysret 汇编处理
kernel/src/syscall/mod.rs - 系统调用模块主入口
kernel/src/syscall/table.rs - 系统调用分发表
kernel/src/syscall/handlers.rs - 系统调用处理函数
kernel/src/interrupts/gdt.rs 更新 - 添加用户态段
kernel/src/main.rs 更新 - 初始化系统调用
测试程序验证 Ring 3 切换

Definition of Done

系统调用初始化成功，MSR 配置正确
用户态程序能成功触发 syscall 并进入内核
5 个基础系统调用均可正常工作
系统调用返回后用户态程序继续执行
所有测试通过

Must Have

MSR 配置 (STAR, LSTAR, FMASK)
syscall/sysret 汇编处理
系统调用分发机制
5 个基础系统调用实现
GDT 用户态段配置

Must NOT Have (Guardrails)

不实现完整的 POSIX 系统调用集
不实现复杂的参数验证 (仅基础检查)
不实现信号处理
不修改现有内核线程机制

Verification Strategy

Test Decision

Infrastructure exists: YES (自定义测试框架 #[test_case])
Automated tests: YES (Tests-after)
Framework: 自定义 test_runner

QA Policy

每个任务包含 Agent-Executed QA Scenarios，验证方式：

内核代码: 通过 make test 运行单元测试
集成测试: 通过 make run 在 QEMU 中验证
手动验证: 检查串口输出和内核日志

Execution Strategy

Parallel Execution Waves

Wave 1 (Foundation - MSR & GDT):
├── Task 1: 实现 MSR 读写函数 (wrmsr/rdmsr)
├── Task 2: 添加 MSR 常量定义 (IA32_STAR, IA32_LSTAR, IA32_FMASK)
├── Task 3: 更新 GDT 添加用户态代码/数据段
└── Task 4: 实现 MSR 配置函数 (configure_syscall_msrs)

Wave 2 (Core - Entry & Handler):
├── Task 5: 创建 syscall 汇编入口 (entry.asm)
├── Task 6: 实现寄存器保存/恢复逻辑
├── Task 7: 创建系统调用模块主文件 (mod.rs)
└── Task 8: 实现系统调用分发表

Wave 3 (Implementation - Syscalls):
├── Task 9: 实现 sys_exit 系统调用
├── Task 10: 实现 sys_putc 系统调用
├── Task 11: 实现 sys_ipc_send 系统调用
├── Task 12: 实现 sys_ipc_recv 系统调用
└── Task 13: 实现 sys_get_pid 系统调用

Wave 4 (Integration & Test):
├── Task 14: 在 main.rs 中初始化系统调用
├── Task 15: 创建用户态测试程序框架
├── Task 16: 实现 Ring 3 切换测试
└── Task 17: 运行完整测试验证

Wave FINAL (Review):
├── Task F1: 代码审查和质量检查
├── Task F2: 文档更新
└── Task F3: 最终集成测试

Critical Path: T1→T3→T5→T8→T14→T16→F3

Dependency Matrix

T1: - → T2, T4
T2: - → T4
T3: - → T5, T14
T4: T1, T2 → T14
T5: T3 → T6, T7
T6: T5 → T7
T7: T5, T6 → T8
T8: T7 → T9-T13
T9-T13: T8 → T14
T14: T3, T4, T9-T13 → T15
T15: T14 → T16
T16: T15 → T17
T17: T16 → F1-F3

Agent Dispatch Summary

Wave 1: 4 tasks → quick (MSR/GDT 配置)
Wave 2: 4 tasks → deep (汇编入口和分发逻辑)
Wave 3: 5 tasks → unspecified-high (系统调用实现)
Wave 4: 4 tasks → deep (集成和测试)
Wave FINAL: 3 tasks → unspecified-high (审查和文档)

TODOs

1. 实现 MSR 读写函数

What to do:
- 在 kernel/src/libs/msr.rs 添加 wrmsr 和 rdmsr 内联汇编函数
- 添加 MSR 常量: IA32_STAR (0xC0000081), IA32_LSTAR (0xC0000082), IA32_FMASK (0xC0000084)
- 确保函数标记为 unsafe 因为 MSR 操作影响系统状态
Must NOT do:
- 不要添加其他无关的 MSR 常量
- 不要修改现有 APIC MSR 定义
Recommended Agent Profile:
- Category: quick
- Skills: []
- Reason: 简单的内联汇编包装，需要精确但代码量少
Parallelization:
- Can Run In Parallel: YES
- Parallel Group: Wave 1
- Blocks: Task 4
- Blocked By: None
References:
- kernel/src/libs/msr.rs:1-136 - 现有 MSR 常量定义模式
- x86_64 手册 Volume 2: MSR 操作指令
Acceptance Criteria:
- wrmsr(msr: u32, value: u64) 函数实现
- rdmsr(msr: u32) -> u64 函数实现
- IA32_STAR, IA32_LSTAR, IA32_FMASK 常量定义
- 代码通过 make 编译无错误
QA Scenarios:
```
Scenario: MSR 函数编译测试
  Tool: Bash
  Preconditions: 代码已写入文件
  Steps:
    1. 运行 `cd /home/moyan/projects/proka-kernel && make`
    2. 检查编译输出无错误
  Expected Result: 编译成功，无警告
  Evidence: 终端输出截图
```
Commit: YES
- Message: feat(syscall): add MSR read/write functions and syscall constants
- Files: kernel/src/libs/msr.rs
2. 更新 GDT 添加用户态段

What to do:
- 修改 kernel/src/interrupts/gdt.rs
- 添加用户态数据段和代码段描述符 (Ring 3)
- 确保 GDT 布局符合 syscall/sysret 要求:
  - 内核代码段: 0x08 (CS)
  - 内核数据段: 0x10 (DS)
  - 用户数据段: 0x18 (兼容模式)
  - 用户代码段: 0x20 (兼容模式)
  - 用户数据段 (64-bit): 0x28
  - 用户代码段 (64-bit): 0x30
- 添加选择器常量供其他模块使用
Must NOT do:
- 不要修改内核段的选择器值 (保持向后兼容)
- 不要删除 TSS 段
Recommended Agent Profile:
- Category: quick
- Skills: []
- Reason: GDT 配置是静态结构修改，需要精确但逻辑简单
Parallelization:
- Can Run In Parallel: YES
- Parallel Group: Wave 1
- Blocks: Task 5, Task 14
- Blocked By: None
References:
- kernel/src/interrupts/gdt.rs:1-57 - 现有 GDT 实现
- x86_64 手册 Volume 3: GDT 和段描述符
- x86_64::structures::gdt::Descriptor API 文档
Acceptance Criteria:
- 用户态数据段描述符添加 (Ring 3, 64-bit)
- 用户态代码段描述符添加 (Ring 3, 64-bit, 可执行)
- 选择器常量导出: USER_CODE_SELECTOR, USER_DATA_SELECTOR
- 代码通过 make 编译无错误
QA Scenarios:
```
Scenario: GDT 编译和加载测试
  Tool: Bash
  Preconditions: 代码已写入文件
  Steps:
    1. 运行 `cd /home/moyan/projects/proka-kernel && make`
    2. 运行 `make run` 启动内核
    3. 检查内核是否正常启动无 GDT 相关错误
  Expected Result: 内核正常启动，GDT 加载成功
  Evidence: QEMU 输出日志
```
Commit: YES
- Message: feat(gdt): add user-mode code and data segments
- Files: kernel/src/interrupts/gdt.rs
3. 实现 MSR 配置函数

What to do:
- 创建 kernel/src/syscall/msr.rs 文件
- 实现 configure_syscall_msrs() 函数:
  - 设置 IA32_STAR: 内核 CS = 0x08, 用户 CS = 0x30 (sysret 会自动减 16/24)
  - 设置 IA32_LSTAR: 指向 syscall_entry (稍后定义)
  - 设置 IA32_FMASK: 屏蔽 IF (0x200) 和 TF (0x100) 位
- 添加 enable_syscall() 函数设置 EFER.SCE 位
Must NOT do:
- 不要硬编码入口点地址，使用占位符或 extern 声明
- 不要修改其他 MSR
Recommended Agent Profile:
- Category: quick
- Skills: []
- Reason: 配置逻辑直接，主要是 MSR 位操作
Parallelization:
- Can Run In Parallel: NO (依赖 Task 1)
- Parallel Group: Wave 1
- Blocks: Task 14
- Blocked By: Task 1
References:
- kernel/src/libs/msr.rs - MSR 读写函数 (Task 1)
- x86_64 手册 Volume 2: SYSCALL/SYSRET 指令
- EFER MSR (0xC0000080) - SCE (Syscall Enable) 位
Acceptance Criteria:
- configure_syscall_msrs(entry_point: u64) 函数实现
- enable_syscall() 函数实现 (设置 EFER.SCE)
- 正确的 MSR 值计算和设置
- 代码通过 make 编译无错误
QA Scenarios:
```
Scenario: MSR 配置函数编译测试
  Tool: Bash
  Preconditions: Task 1 完成
  Steps:
    1. 运行 `cd /home/moyan/projects/proka-kernel && make`
  Expected Result: 编译成功
  Evidence: 终端输出
```
Commit: YES (与 Task 1 合并)
- Message: feat(syscall): add MSR configuration functions
- Files: kernel/src/syscall/msr.rs
4. 创建 syscall 汇编入口

What to do:
- 创建 kernel/src/syscall/entry.asm 文件
- 实现 syscall_entry 标签:
  - 使用 swapgs 切换到内核 GS 基址
  - 保存用户态 rsp 到 scratchpad，加载内核栈
  - 保存所有通用寄存器到栈
  - 准备参数 (寄存器 → 函数调用约定)
  - 调用 Rust 处理函数
- 实现 syscall_exit 标签:
  - 恢复寄存器
  - 恢复用户态 rsp
  - swapgs
  - sysretq
Must NOT do:
- 不要遗漏任何寄存器保存 (尤其是 rcx, r11 被硬件修改)
- 不要修改中断状态 (syscall 会自动禁用中断)
Recommended Agent Profile:
- Category: deep
- Skills: []
- Reason: 汇编代码需要精确的寄存器管理和栈操作，容易出错
Parallelization:
- Can Run In Parallel: NO (依赖 Task 3 的 GDT)
- Parallel Group: Wave 2
- Blocks: Task 6, Task 7
- Blocked By: Task 3
References:
- kernel/src/interrupts/gdt.rs - 内核栈和 GDT 配置
- kernel/src/process/context_switch.rs - 上下文切换模式
- x86_64 手册 Volume 2: SYSCALL/SYSRET 指令行为
- Linux 内核 entry_64.S 参考实现
Acceptance Criteria:
- syscall_entry 汇编标签实现
- syscall_exit 汇编标签实现
- 正确的寄存器保存/恢复顺序
- 栈切换逻辑正确
- 与 Rust 代码正确链接
QA Scenarios:
```
Scenario: 汇编入口编译测试
  Tool: Bash
  Preconditions: Task 3 完成
  Steps:
    1. 运行 `make`
    2. 检查汇编文件被正确编译和链接
  Expected Result: 编译成功，无链接错误
  Evidence: 终端输出
```
Commit: YES
- Message: feat(syscall): add syscall/sysret assembly entry/exit
- Files: kernel/src/syscall/entry.asm
5. 创建系统调用模块主文件

What to do:
- 创建 kernel/src/syscall/mod.rs
- 定义 SyscallArgs 结构体保存寄存器参数
- 实现 syscall_handler(args: SyscallArgs) -> u64 函数
- 集成 MSR 配置和汇编入口
- 实现 init() 初始化函数
- 在 kernel/src/lib.rs 添加 pub mod syscall
Must NOT do:
- 不要直接处理系统调用逻辑 (留给 table.rs)
- 不要暴露内部实现细节
Recommended Agent Profile:
- Category: unspecified-high
- Skills: []
- Reason: 需要整合多个组件，设计清晰的模块接口
Parallelization:
- Can Run In Parallel: NO (依赖 Task 4, Task 5)
- Parallel Group: Wave 2
- Blocks: Task 8
- Blocked By: Task 4, Task 5
References:
- kernel/src/syscall/entry.asm - 汇编入口 (Task 5)
- kernel/src/syscall/msr.rs - MSR 配置 (Task 3)
- kernel/src/ipc/mod.rs - 模块设计参考
Acceptance Criteria:
- SyscallArgs 结构体定义 (rax, rdi, rsi, rdx, r10, r8, r9)
- syscall_handler() 函数框架
- init() 初始化函数调用 MSR 配置
- 模块导出正确的公共接口
- lib.rs 更新包含新模块
QA Scenarios:
```
Scenario: 模块编译和集成测试
  Tool: Bash
  Preconditions: Task 4, Task 5 完成
  Steps:
    1. 运行 `make`
    2. 检查模块是否正确链接
  Expected Result: 编译成功
  Evidence: 终端输出
```
Commit: YES
- Message: feat(syscall): add syscall module main file
- Files: kernel/src/syscall/mod.rs, kernel/src/lib.rs
6. 实现系统调用分发表

What to do:
- 创建 kernel/src/syscall/table.rs
- 定义 SyscallHandler 类型别名: fn(&SyscallArgs) -> u64
- 创建 SYSCALL_TABLE: [Option<SyscallHandler>; 5] 静态数组
- 实现 dispatch(syscall_num: u64, args: &SyscallArgs) -> u64 函数
- 处理无效系统调用号 (返回 -ENOSYS)
Must NOT do:
- 不要使用过大的表 (限制在 5 个基础调用)
- 不要动态分配内存
Recommended Agent Profile:
- Category: quick
- Skills: []
- Reason: 简单的查找表实现
Parallelization:
- Can Run In Parallel: NO (依赖 Task 7)
- Parallel Group: Wave 2
- Blocks: Task 9-13
- Blocked By: Task 7
References:
- kernel/src/syscall/mod.rs - SyscallArgs 定义 (Task 7)
- Linux 内核系统调用表实现模式
Acceptance Criteria:
- SyscallHandler 类型定义
- SYSCALL_TABLE 静态数组 (大小 5)
- dispatch() 函数实现边界检查
- 无效调用返回 -38 (ENOSYS)
QA Scenarios:
```
Scenario: 分发表编译测试
  Tool: Bash
  Preconditions: Task 7 完成
  Steps:
    1. 运行 `make`
  Expected Result: 编译成功
  Evidence: 终端输出
```
Commit: YES (与 Task 7 合并)
- Message: feat(syscall): add syscall dispatch table
- Files: kernel/src/syscall/table.rs
7. 实现 sys_exit 系统调用

What to do:
- 在 kernel/src/syscall/handlers.rs 实现 sys_exit(args: &SyscallArgs) -> u64
- 从 args.rdi 获取退出码
- 调用 process::terminate_current(exit_code) (需要创建此函数)
- 此调用不返回 (线程终止)
Must NOT do:
- 不要直接操作 PCB/TCB，使用现有 API
- 不要忘记清理资源
Recommended Agent Profile:
- Category: unspecified-high
- Skills: []
- Reason: 需要理解进程终止流程
Parallelization:
- Can Run In Parallel: NO (依赖 Task 8)
- Parallel Group: Wave 3
- Blocks: Task 14
- Blocked By: Task 8
References:
- kernel/src/process/scheduler.rs - 线程终止 API
- kernel/src/process/process.rs - 进程终止逻辑
- kernel/src/syscall/table.rs - 注册到表中的位置 0
Acceptance Criteria:
- sys_exit() 函数实现
- 正确获取退出码参数
- 调用调度器终止当前线程
- 在 SYSCALL_TABLE[0] 注册
QA Scenarios:
```
Scenario: sys_exit 编译测试
  Tool: Bash
  Preconditions: Task 8 完成
  Steps:
    1. 运行 `make`
  Expected Result: 编译成功
  Evidence: 终端输出
```
Commit: YES
- Message: feat(syscall): implement sys_exit syscall
- Files: kernel/src/syscall/handlers.rs
8. 实现 sys_putc 系统调用

What to do:
- 实现 sys_putc(args: &SyscallArgs) -> u64
- 从 args.rdi 获取字符 (u8)
- 使用 serial_print! 或 print! 输出字符
- 返回 0 表示成功
Must NOT do:
- 不要直接操作硬件端口
- 不要阻塞
Recommended Agent Profile:
- Category: quick
- Skills: []
- Reason: 简单的输出包装
Parallelization:
- Can Run In Parallel: YES (与 Task 9 并行)
- Parallel Group: Wave 3
- Blocks: Task 14
- Blocked By: Task 8
References:
- kernel/src/output/serial.rs - 串口输出
- kernel/src/libs/logger.rs - 日志输出
Acceptance Criteria:
- sys_putc() 函数实现
- 正确输出字符到串口
- 返回 0
- 在 SYSCALL_TABLE[1] 注册
QA Scenarios:
```
Scenario: sys_putc 功能测试
  Tool: Bash
  Preconditions: 代码完成
  Steps:
    1. 运行 `make test`
  Expected Result: 测试通过
  Evidence: 测试输出
```
Commit: YES (与 Task 9 合并)
- Message: feat(syscall): implement sys_putc syscall
- Files: kernel/src/syscall/handlers.rs
9. 实现 sys_ipc_send 系统调用

What to do:
- 实现 sys_ipc_send(args: &SyscallArgs) -> u64
- 参数: rdi = target_tid, rsi = msg_ptr (用户态指针)
- 验证用户态指针 (检查地址范围)
- 调用 ipc::send(target, msg, true)
- 返回 0 或错误码
Must NOT do:
- 不要直接解引用用户态指针而不验证
- 不要在内核态分配大内存
Recommended Agent Profile:
- Category: unspecified-high
- Skills: []
- Reason: 涉及用户态指针验证和 IPC 调用
Parallelization:
- Can Run In Parallel: YES (与 Task 9, 10 并行)
- Parallel Group: Wave 3
- Blocks: Task 14
- Blocked By: Task 8
References:
- kernel/src/ipc/mod.rs - IPC send 函数
- kernel/src/syscall/handlers.rs - 指针验证模式
Acceptance Criteria:
- sys_ipc_send() 函数实现
- 用户态指针验证
- 正确调用 IPC 发送
- 在 SYSCALL_TABLE[2] 注册
QA Scenarios:
```
Scenario: sys_ipc_send 编译测试
  Tool: Bash
  Preconditions: 代码完成
  Steps:
    1. 运行 `make`
  Expected Result: 编译成功
  Evidence: 终端输出
```
Commit: YES
- Message: feat(syscall): implement sys_ipc_send syscall
- Files: kernel/src/syscall/handlers.rs
10. 实现 sys_ipc_recv 系统调用

What to do:
- 实现 sys_ipc_recv(args: &SyscallArgs) -> u64
- 参数: rdi = sender_tid (0 = any), rsi = timeout_ms (0 = 无限)
- 调用 ipc::recv(sender, timeout)
- 将接收到的消息写入用户态缓冲区 (需要额外参数)
- 返回消息大小或错误码
Must NOT do:
- 不要阻塞内核线程 (使用 IPC 的阻塞机制)
Recommended Agent Profile:
- Category: unspecified-high
- Skills: []
- Reason: 需要处理阻塞和缓冲区写入
Parallelization:
- Can Run In Parallel: YES (与 Task 9, 11 并行)
- Parallel Group: Wave 3
- Blocks: Task 14
- Blocked By: Task 8
References:
- kernel/src/ipc/mod.rs - IPC recv 函数
Acceptance Criteria:
- sys_ipc_recv() 函数实现
- 正确处理 sender 和 timeout 参数
- 消息数据写入用户态缓冲区
- 在 SYSCALL_TABLE[3] 注册
QA Scenarios:
```
Scenario: sys_ipc_recv 编译测试
  Tool: Bash
  Preconditions: 代码完成
  Steps:
    1. 运行 `make`
  Expected Result: 编译成功
  Evidence: 终端输出
```
Commit: YES (与 Task 11 合并)
- Message: feat(syscall): implement sys_ipc_recv syscall
- Files: kernel/src/syscall/handlers.rs
11. 实现 sys_get_pid 系统调用

What to do:
- 实现 sys_get_pid(args: &SyscallArgs) -> u64
- 调用 process::current_pid()
- 返回 PID 作为 u64
Must NOT do:
- 不要添加额外参数检查
Recommended Agent Profile:
- Category: quick
- Skills: []
- Reason: 最简单的系统调用
Parallelization:
- Can Run In Parallel: YES (与 Task 9-11 并行)
- Parallel Group: Wave 3
- Blocks: Task 14
- Blocked By: Task 8
References:
- kernel/src/process/mod.rs - current_pid() 函数
Acceptance Criteria:
- sys_get_pid() 函数实现
- 返回当前进程 PID
- 在 SYSCALL_TABLE[4] 注册
QA Scenarios:
```
Scenario: sys_get_pid 编译测试
  Tool: Bash
  Preconditions: 代码完成
  Steps:
    1. 运行 `make`
  Expected Result: 编译成功
  Evidence: 终端输出
```
Commit: YES (与 Task 11 合并)
- Message: feat(syscall): implement sys_get_pid syscall
- Files: kernel/src/syscall/handlers.rs
12. 在 main.rs 中初始化系统调用

What to do:
- 修改 kernel/src/main.rs
- 在 ipc::init() 之后添加 syscall::init()
- 确保初始化顺序: GDT → IDT → Memory → Process → Scheduler → IPC → Syscall
- 添加日志输出确认初始化成功
Must NOT do:
- 不要改变其他初始化顺序
- 不要在启用中断前初始化 syscall
Recommended Agent Profile:
- Category: quick
- Skills: []
- Reason: 简单的初始化调用添加
Parallelization:
- Can Run In Parallel: NO (依赖 Task 3, Task 7, Task 9-13)
- Parallel Group: Wave 4
- Blocks: Task 15
- Blocked By: Task 3, Task 7, Task 9-13
References:
- kernel/src/main.rs:58-63 - 现有初始化顺序
- kernel/src/syscall/mod.rs - init() 函数 (Task 7)
Acceptance Criteria:
- syscall::init() 在 main 中调用
- 正确的初始化顺序
- 内核启动日志显示 "Syscall subsystem initialized"
- 代码通过 make 编译
QA Scenarios:
```
Scenario: 系统调用初始化测试
  Tool: Bash
  Preconditions: 所有前置任务完成
  Steps:
    1. 运行 `make`
    2. 运行 `make run`
    3. 检查串口输出包含 "Syscall subsystem initialized"
  Expected Result: 内核启动，显示初始化成功消息
  Evidence: QEMU 串口输出
```
Commit: YES
- Message: feat(main): initialize syscall subsystem
- Files: kernel/src/main.rs
13. 创建用户态测试程序框架

What to do:
- 创建 tests/user/ 目录
- 创建 tests/user/syscall_test.c 或 .rs 测试程序
- 实现用户态 syscall 封装函数 (使用 inline asm)
- 编写测试用例调用各个系统调用
- 创建 Makefile 或构建脚本编译用户态程序
Must NOT do:
- 不要依赖标准库 (使用裸机/自定义运行时)
- 不要编写过于复杂的测试
Recommended Agent Profile:
- Category: unspecified-high
- Skills: []
- Reason: 需要理解用户态环境和系统调用约定
Parallelization:
- Can Run In Parallel: NO (依赖 Task 14)
- Parallel Group: Wave 4
- Blocks: Task 16
- Blocked By: Task 14
References:
- x86_64 用户态系统调用内联汇编示例
- Linux 用户态 syscall 封装实现
Acceptance Criteria:
- 用户态测试程序源文件
- syscall() 封装函数 (rax=调用号, rdi,rsi,rdx,r10,r8,r9)
- 基础测试用例 (exit, putc, get_pid)
- 编译脚本/说明
QA Scenarios:
```
Scenario: 测试程序编译
  Tool: Bash
  Preconditions: 代码完成
  Steps:
    1. 按照说明编译用户态测试程序
  Expected Result: 编译成功，生成可执行文件
  Evidence: 终端输出
```
Commit: YES
- Message: test(syscall): add user-mode test program
- Files: tests/user/syscall_test.c, tests/user/Makefile
14. 实现 Ring 3 切换测试

What to do:
- 创建内核测试函数模拟 Ring 3 切换
- 设置用户态栈和上下文
- 使用 sysret 或 IRET 切换到 Ring 3
- 在用户态执行 syscall 指令
- 验证成功进入内核处理程序
- 返回内核态并验证状态
Must NOT do:
- 不要直接在生产代码中测试 (使用测试模块)
- 不要破坏内核状态
Recommended Agent Profile:
- Category: deep
- Skills: []
- Reason: 涉及特权级切换，需要精确的上下文管理
Parallelization:
- Can Run In Parallel: NO (依赖 Task 15)
- Parallel Group: Wave 4
- Blocks: Task 17
- Blocked By: Task 15
References:
- kernel/src/process/context_switch.rs - 上下文切换
- x86_64 特权级切换文档
- sysret 指令行为
Acceptance Criteria:
- Ring 3 切换测试函数
- 成功切换到 Ring 3
- 用户态执行 syscall 并进入内核
- 正确返回内核态
- 测试通过标记
QA Scenarios:
```
Scenario: Ring 3 切换测试
  Tool: Bash
  Preconditions: Task 15 完成
  Steps:
    1. 运行 `make test`
    2. 检查测试输出
  Expected Result: Ring 3 切换测试通过
  Evidence: 测试输出日志
```
Commit: YES (与 Task 15 合并)
- Message: test(syscall): add Ring 3 transition test
- Files: kernel/src/syscall/test.rs 或测试模块
15. 运行完整测试验证

What to do:
- 运行 make test 确保所有单元测试通过
- 运行 make run 启动内核验证正常运行
- 检查串口输出确认系统调用初始化成功
- 验证没有新的警告或错误
- 运行 clippy 检查代码质量
Must NOT do:
- 不要忽略测试失败
- 不要忽略编译警告
Recommended Agent Profile:
- Category: unspecified-high
- Skills: []
- Reason: 全面的验证和测试
Parallelization:
- Can Run In Parallel: NO (依赖所有前置任务)
- Parallel Group: Wave 4
- Blocks: Wave FINAL
- Blocked By: Task 16
References:
- Makefile - 测试目标
- kernel/src/test.rs - 测试框架
Acceptance Criteria:
- make test 通过
- make run 正常启动
- 无编译警告
- clippy 无严重问题
- 串口输出确认系统调用工作
QA Scenarios:
```
Scenario: 完整测试套件
  Tool: Bash
  Preconditions: 所有任务完成
  Steps:
    1. 运行 `make clean && make`
    2. 运行 `make test`
    3. 运行 `make run` 并观察输出
    4. 运行 `cd kernel && cargo clippy`
  Expected Result: 全部通过，无错误
  Evidence: 终端输出和日志
```
Commit: NO (验证步骤，不单独提交)

Final Verification Wave

F1. 代码审查 - unspecified-high 审查所有 syscall 相关代码:
- 检查汇编代码的寄存器保存/恢复
- 验证 MSR 配置值
- 检查用户态指针验证
- 确保错误处理正确 Output: 审查报告，问题列表
F2. 文档更新 - writing 更新文档:
- 在 docs/architecture/multitasking/syscalls.md 添加设计文档
- 更新 docs/architecture/index.md 标记系统调用为完成
- 添加系统调用接口说明 Output: 更新后的文档文件
F3. 最终集成测试 - deep 完整集成测试:
- 启动内核并验证系统调用初始化
- 运行用户态测试程序
- 验证所有 5 个系统调用工作正常
- 测试错误处理 (无效调用号) Output: 测试报告

Commit Strategy

Task 1-3: 合并提交 feat(syscall): add MSR configuration infrastructure
Task 4: 单独提交 feat(syscall): add syscall/sysret assembly entry
Task 5-6: 合并提交 feat(syscall): add syscall module and dispatch table
Task 7-11: 合并提交 feat(syscall): implement basic syscall handlers
Task 12: 单独提交 feat(main): initialize syscall subsystem
Task 13-14: 合并提交 test(syscall): add user-mode syscall tests
Task F2: 单独提交 docs(syscall): add syscall design documentation

Success Criteria

Verification Commands

# 编译测试
cd /home/moyan/projects/proka-kernel && make clean && make

# 单元测试
make test

# 运行验证
make run

# 代码质量
cd kernel && cargo clippy -- -D warnings

Final Checklist

IA32_STAR, IA32_LSTAR, IA32_FMASK 正确配置
syscall/sysret 汇编入口工作正常
5 个基础系统调用实现完整
系统调用分发表正确路由
用户态测试程序可以触发 syscall
Ring 3 到 Ring 0 切换成功
所有测试通过
文档已更新
无编译警告

Provide feedback

Saved searches

Use saved searches to filter your results more quickly

实现系统调用 (Syscall) 支持

TL;DR

Context

当前状态

架构需求

设计决策

调用约定 (System V AMD64 ABI)

MSR 配置

GDT 布局要求

基础系统调用表

Work Objectives

Core Objective

Concrete Deliverables

Definition of Done

Must Have

Must NOT Have (Guardrails)

Verification Strategy

Test Decision

QA Policy

Execution Strategy

Parallel Execution Waves

Dependency Matrix

Agent Dispatch Summary

TODOs

Final Verification Wave

Commit Strategy

Success Criteria

Verification Commands

Final Checklist

FilesExpand file tree

implement-syscall.md

Latest commit

History

implement-syscall.md

File metadata and controls

实现系统调用 (Syscall) 支持

TL;DR

Context

当前状态

架构需求

设计决策

调用约定 (System V AMD64 ABI)

MSR 配置

GDT 布局要求

基础系统调用表

Work Objectives

Core Objective

Concrete Deliverables

Definition of Done

Must Have

Must NOT Have (Guardrails)

Verification Strategy

Test Decision

QA Policy

Execution Strategy

Parallel Execution Waves

Dependency Matrix

Agent Dispatch Summary

TODOs

Final Verification Wave

Commit Strategy

Success Criteria

Verification Commands

Final Checklist