028e · 重构调度器启动为 Linux init 线程模型 — 排查笔记

背景

将 Scheduler::init() 从 run_concurrent_stress() 中提取出来，对齐 Linux 的 init 线程模型：

• boot CPU 上下文 → boot task（类似 PID 0 idle）
• spawn kernel_init 线程（类似 PID 1）负责文件系统挂载和 shell 启动
• 同时修复 launch_first_user() 中手动创建零初始化 static Task shell_task{} 的问题

变更清单

文件	操作	说明
kernel/proc/init.hpp	新建	声明 kernel_init_thread()
kernel/proc/init.cpp	新建	init 线程：ext2 挂载 + VFS + launch_first_user
kernel/arch/x86_64/memory_layout.hpp	新建	统一内核虚拟内存布局定义
kernel/main.cpp	修改	Scheduler::init() 直接调用，spawn init 线程，删除 stress/键盘轮询
kernel/arch/x86_64/usermode.cpp	修改	删除 shell_task，使用调度器管理的当前 Task
kernel/drivers/ahci/ahci.hpp	修改	添加 instance()/set_instance() 静态方法
kernel/drivers/ahci/ahci.cpp	修改	实现 instance/set_instance，MMIO_VIRT_BASE 引用统一布局
kernel/proc/process.cpp	修改	next_stack_vaddr 引用统一布局
kernel/fs/ext2.cpp	修改	EXT2_DMA_VIRT_BASE 引用统一布局
kernel/stress/stress_test.cpp	删除	整个 stress 目录移除
kernel/CMakeLists.txt	修改	添加 proc/init.cpp，删除 stress_test.cpp

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排查记录

问题 1：ext2 mount 失败 — "command timeout"

现象：重构后 ext2 挂载报 Port 1: command timeout，但 AHCI 初始化阶段 Port 1 检测到设备（SSTS=0x113 DET=3）。

初步假设：调度器抢占导致 AHCI DMA 轮询被打断，浪费了超时时间。

验证：在 ext2 挂载外加 InterruptGuard 关中断，问题依旧。排除抢占假设。

问题 2（根因）：内核栈虚拟地址覆盖 AHCI MMIO 映射

关键发现：在 init 线程中打印 Port 1 的 SSTS 寄存器：

[AHCI] Port 1: SSTS=0x113 DET=3 SIG=0xffffffff   ← AHCI init 时，设备在线
[INIT] Port 1 SSTS=0x0 before mount                ← init 线程中，设备消失！

Port 1 的设备状态从 0x113 变成了 0x0。MMIO 寄存器读出全零 = 页表映射被覆盖。

根因分析：

AHCI MMIO 虚拟基址 (ahci.cpp):  0xFFFF800000100000
内核栈虚拟起始  (process.cpp):  0xFFFF800000100000  ← 完全相同！

TaskBuilder::build() 为每个任务分配 4 页内核栈，通过 g_vmm.map() 映射到 0xFFFF800000100000 起始的虚拟地址。这覆盖了 AHCI BAR5 的 MMIO 页表项：

Scheduler::init() 创建 idle task → 栈映射到 0xFFFF800000100000 → 覆盖 AHCI MMIO
TaskBuilder 创建 kernel_init   → 栈映射到 0xFFFF800000104000 → 覆盖 AHCI cmdlist/fis
TaskBuilder 创建 boot task     → 栈映射到 0xFFFF800000108000 → 进一步覆盖

为什么重构前没暴露：重构前 Scheduler::init() 在 run_concurrent_stress() 中调用，AHCI init 和 ext2 mount 都在 kernel_main() 中（调度器启动前）完成，此时还没有内核栈映射，MMIO 区域完好。

修复：创建 kernel/arch/x86_64/memory_layout.hpp，统一管理内核虚拟内存布局：

KMEM_HEAP_BASE  = 0xFFFF800000000000  (1 MB)
KMEM_MMIO_BASE  = 0xFFFF800000100000  (256 KB)
KMEM_STACK_BASE = 0xFFFF800000150000  ← MMIO 之后
KMEM_DMA_BASE   = 0xFFFF800000250000
KMEM_EXT2_DMA_BASE = 0xFFFF800000350000

所有模块通过 base + size 计算地址，新增区域只需插入一行并调整后续基址。

问题 3：launch_first_user() 的 static Task 绕过调度器

现象：usermode.cpp:167 手动创建 static Task shell_task{}，零初始化、无内核栈、tid=0、不在运行队列。

影响：

• sys_exit 调用 Scheduler::current() 返回这个伪 Task，标记 Dead 后 yield，但该 Task 不在运行队列中
• 没有有效的 CpuContext，如果调度器尝试切回它会崩溃

修复：使用调度器管理的当前 Task（kernel_init 线程），只更新 addr_space 和 cwd。user_space 改为 placement new 在 static buffer 上（避免 __dso_handle 链接错误，因为 AddressSpace 有析构器）。

问题 4：AHCI 全局实例的跨翻译单元访问

现象：init.cpp 在 big_kernel_common 中，g_kernel_ahci 定义在 main.cpp 中。test binary 没有 g_kernel_ahci 定义导致链接失败。

修复：在 AHCI 类中添加 static instance()/set_instance() 方法，遵循现代 C++ 封装原则。main.cpp 初始化后调用 set_instance()，init.cpp 通过 AHCI::instance() 访问。