组件化hypervisor暑期实习项目--axvisor on LA64

[chyyuu]

项目：axvisor on LA64
内容：在axvisor上支持LA64虚拟化
启动时间：2025年7月10日
助教：smx, xzj 等

欢迎加入暑期实习项目，如果想加入本项目，请微信我 （id: chyyuu）内容：暑期实习项目--axvisor on LA64

[chyyuu]

阶段学习：
前期：
完成了2025春夏季开源操作系统训练营的三阶段以上的学习内容。

一阶段：

1. 学习 https://arceos-hypervisor.github.io/doc/ 发现doc中的不足或错误，给出修改意见和内容的PR；结合axvisor源码和axvisor的deepwiki信息，总体上了解axvisor的架构和设计实现，做好学习笔记。
2. 学习loongarch的硬件虚拟化架构，向相关软件学习，做好学习笔记。
3. 学习 https://github.com/arceos-org/arceos-crates ，了解如何完善一个crate，并发布到crates.io中，做好学习笔记。
4. 查找 https://github.com/arceos-hypervisor/axvisor-crates 中的crates，提交PR，逐一改进crates，并做到能发布到crates.io的程度。
5. 跟着smx,xzj学习，提交PR，更新arceos on arceos-hypervisor ，最终同步到主线的arceos。即arceos on arceos-hypervisor 的进度>= mainline arceos。
6. 跟着smx,xzj学习，提交PR，更新axvisor，能基于最新的arceos，保持已有功能。

[manchangfengxu]

姚礼兴 20250719

1. 文档与测试学习:
   • 通过rust官方文档, 学习了测试和文档的编写规范。
   • 通过苏助教给的 PR ，总结了一些结构优化的模式 )，利用宏简化重复代码、使用 trait 关联减少泛型链、增加 trait 表达和处理边界条件等。
2. 继续虚拟化知识学习:
   • ARMv8 内存虚拟化
   • ARMv8 I/O 与中断虚拟化
3. 贡献：测试和文档:
   • 阅读源码过程中发现arceos-org/page_table_multiarch下的一些文档问题, 提交了修复 PR (fix(docs): Clarify alignment behavior and fix typo in map function) 并已经合并。
   • 为 axaddrspace/src/frame.rs 中的 PhysFrame 结构体编写了单元测试代码，覆盖了alloc、alloc_zero、fill、uninit_access 以及alloc_no_memory。
   • 在助教指导下, 通过引入全局 TEST_MUTEX 串行执行依赖共享变量的test解决了多线程环境下 Drop 测试的稳定性问题
   • 已将测试代码推送至分支feat/add-frame-tests，并提交了 Pull Request (feat: Implement unit tests for PhysFrame) 目前苏助教已经review完了, 但是细节问题有些多🏳, 正在解决ing⚠️。

[aluojibuzhu]

陈宏 2025.7.12--2025.7.19

本周进度：

• 完成了23年冬季训练营 ARM Hypervisor 相关部分视频以及文档的学习，目前做对应实验到ch3部分。
• 阅读分析了axmm_crates仓库源码及pr学习完善crate到可发布crate.io。
• 开始完善axaddrspace，目前根据arcoe中axmm组件对于protect的实现补全了axaddrspace的peotect实现并提交。address_space/mod的测例基本编写完成后续会提交到axaddrspace完善pr。
  TODO：
• axaddrspace中x86的flush_tlb待实现
• 对address_space剩余较小模块编写测试及文档
• 学习x86、arrch64中的vcpu设计实现以及学习loongarch虚拟化相关内容

[aluojibuzhu]

陈宏 2025.7.20--2025.7.26

本周进度：

• 更新了address_space/mod tests适配姚礼兴设计的MockHal接口，并根据review完成了修复目前等待合并pr中。axaddrspace完善pr
• 实现了axaddrspace中x86架构下的flush_tlb函数及backend/mod中的protect函数，统一提交在上面的pr中。
• 学习Arceos x86-64 Hypervisor

TODO：

• 准备同smx、xzj助教、ylx同学讨论对于axvisor on LA64任务如何划分为较小的具体任务形成较为具体的开发计划，然后开展对应的适配工作。

[manchangfengxu]

姚礼兴 20250726

1. 测试代码重构与优化

   • PR合并：完成最后阶段的重构测试代码工作，相关PR已合并至主分支
   • 代码迁移与整合：
     • 将MockHal迁移至test_utils/mod.rs下统一管理
     • 对MEMORY进行AlignedMemory封装，提升内存访问安全性
   • Trait实现与优化：
     • 实现AxMmHal和PagingHandler traits
     • 通过苏助教的axin crate引入过程宏，有效减少重复代码量
     • 其他代码结构优化和性能改进

2. VCPU设计

   • 了解一些x86_vcpu模块实现：
     • 分析percpu下相关的trait设计和关键struct的功能和交互关系

3. TODO:

   • 准备同smx、xzj助教、ylx同学讨论对于axvisor on LA64任务如何划分为较小的具体任务形成较为具体的开发计划，然后开展对应的适配工作。

[aluojibuzhu]

陈宏2025.27--2025.8.2

本周进度 & TODO：

• 结合loongarch手册阅读arceos中axplat_crates/loongarch源码，理解_start启动流程及初始化配置
• 对于axvisor for loongarch的开发初步分为三个大的部分:

  • 理解arceos到axvisor启动并打印logo的流程，并为loongarch做出必要适配。（理论上来说在qemu上是否可以跑到axvisor打印logo的部分？这一部分的前置任务是理解arceos for loongarch）

    • arceos好像还没有在真实loongarch硬件平台做验证？axplat_crates/platforms中只有axplat-loongarch64-qemu-virt的实现。

  • 编写loongarch硬件虚拟化使能部分，这一部分应该可以参考hvisor。

  • 编写loonarch vcpu以及对axaddress_space for loongarch做出适配。（完成以上三步能否跑起一个最小guest os ？或者说还要添加虚拟IO、设备等，待验证）

[manchangfengxu]

姚礼兴 20250802

梳理虚拟化启动需要的配置

• src/arch/loongarch64/entry.rs、trap.rs、cpu.rs 和 zone.rs涉及 DMW 配置、Trap 向量安装、CPU 上下文初始化及 Guest 内存虚拟化配置。
• 龙芯架构的hardware_enable依赖于 Guest 控制寄存器（GCSR）的配置,包括id,tlb,中断, 在src/arch/loongarch64/trap.rs中的_vcpu_return

虚拟化进出机制：

• 进入 Guest 模式： 确认了通过调用 _vcpu_return 函数，并最终执行 ertn（异常返回）指令来进入虚拟化环境。
• 退出 Guest 模式： Guest 发生异常（如特权指令异常）时，会通过 _hyp_trap_vector 捕获，保存 Guest 状态，并在 trap_handler 中进行处理后，再次返回 Guest 模式。

[numpy1314]

谢祖钧 20250809
本周主要工作：

• 梳理龙芯的虚拟化使能部分，对axplat_crates中的boot.rs进行修改，搭建出初步的框架
  • 搭建一个gid分配函数框架用于create_vm和start_vm（后续考虑迁移至其他crate中）
  • 增加enable_virtualization，在确认cpucfg支持虚拟化后，配置GTLBC寄存器、GSTAT寄存器、GCTL寄存器（客户机控制）
  • 对直接映射窗口进行配置，建立​​虚拟地址到物理地址的直接映射关系

[aluojibuzhu]

陈宏2025.8.9

本周进度：

• 整理hvisor、axvisor、oscomp_h系列实验,查找完成axvisor for LA所需修改配置和模块。
  • oscomp_h系列实验
  • hvisor
  • axvisor
• 理解axvisor的虚拟机加载退出部分，尝试编写loongarch架构下的虚拟机加载退出机制

[manchangfengxu]

姚礼兴20250809

整理了龙芯虚拟化启动, 以及三个实验, 查阅了axplat_crates中的boot代码

• LA_start
• riscv_hypervisor

[aluojibuzhu]

陈宏2025.8.16

• 本周进展：
  axvisor为不同平台的虚拟化实现预留了接口在axvm/src/vcpu中，实现loongarch虚拟化需要创建loongarchvcpu仓库并在其中实现这些预留接口。主要包括Percpu、Vcpu、虚拟化支持检测、新建虚拟机配置。其中loongarchvcpu仓库以Percpu、Vcpu这两个文件为主，其他文件中存放代码多为vcpu中拆分出去的。
  • 梳理axvisor架构整理axvisor for LA需要实现的接口
  • 学习riscv、arm架构以及hvisor for LA的vcpu加载退出设计为实现axvisor for LA的vcpu加载退出做准备
  • 学习oscomp中u系列实验
• 下周计划：
  在vcpu初步设计完成后开始编写axvisor for LA的vcpu加载退出代码

[numpy1314]

谢祖钧2025.8.16

• 本周进展
  • 总结三篇论文并学习
  • 按照陈宏梳理的结构建立loongarch_vcpu仓库，目前初步完成pcpu部分，vcpu正在施工，与两位同学讨论后希望下周施工龙芯寄存器仓库之后再进行
• 下周计划：先进行寄存器仓库施工，继续完成vcpu仓库

[manchangfengxu]

姚礼兴 20250816

• 本周进展
  • 根据陈宏梳理的vcpu设计资料梳理了一遍
  • 根据分工, 查阅了二阶段地址翻译的资料, 并作了一定整理
  • 根据arm设计和龙芯文档, 适配axaddrspace
• 下周计划
  • 根据助教正在搭建的基础工具, 协助完善vcpu设计

[numpy1314]

谢祖钧 20250823

• 本周进展
  • 编写好了configs中关于loongarch64的配置文件后，将镜像文件编译好放到axvisor文件夹中运行，遇到了这样的问题

- 因此再去实现loongarch的嵌套页表支持，目前已发起pr https://github.com/arceos-hypervisor/axaddrspace/pull/22

[manchangfengxu]

姚礼兴 20250823

• 本周进展
  • 实现了loongarch_vcpu框架搭建, 利用插件整理了一份todo列表
  • 继续完善vcpu.rs 和 context_frame.rs相关struct和trait的建设

[aluojibuzhu]

陈宏20250823

本周进度：

• 根据hvisor移植_run_guest、_guest_exit函数以及模式切换时需要使用的上下文，这里的上下文还不完善需要更具vcpu的设计再进行修改适配。
• 进一步完善vcpu加载退出机制需要操作寄存器，目前仓库中loongarch架构寄存器还有待实现。hvisor中实现了部分寄存器另一部分引用自loongarch64，是否使用loongarch64需要讨论。

[numpy1314]

谢祖钧20250830
本周进度：

• 按照上周两位老师的建议，我们采取合作线性接力的方式共同推进第一步编译把axvisor初步启动的工作，目前已完成新版axvisor的初步启动如图所示

- 下一步的工作就是按照axvisor运行的缺失提示逐步填充组件内容

[manchangfengxu]

20250830 姚礼兴

本周进度：

本周围绕运行LA for axvisor展开，并对相关组件进行更改，成功打印logo

• 修正axaddrspace， 完善并暴露loongarch_vcpu接口
• 更换axvisor版本， 修改相关组件的cargo.toml解决版本问题
• 配置新的axvisor：脚本配置, feature开启

下周安排：

• 目前简化了链接器脚本的percpu布局，后续考虑重新优化回来
• feature开启等相关配置考虑更符合项目结构规范，并继续寻找架构相关代码
• 后续根据安排完善相关组件，继续推进

[aluojibuzhu]

20250830 陈宏

本周进度：

• 为axvm组件中读取客户机配置新增loongarch支持
• 与xzj、ylx合作为新版axvisor添加loongarch启动支持并进行正确配置，目前axvisor已运行至开机界面。
• 移植hvisor中正对虚拟机新增的寄存器实现到loongarch_vcpu,并引入loongarch64寄存器仓库。