Deaicup/Deshab-OS
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Deshab-OS/docs/ARCHITECTURE.md
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Linehu e4307ff0ec feat: F1/F4/F5 phase-1 skeleton + insane-roadmap docs rework 
- docs: ROADMAP_INSANE (five-phase plan), TASKBOARD, STATUS single source of truth, PHILOSOPHY; rewrite README/ARCHITECTURE non-goals; archive ROADMAP phase 0-9; drop contradictory dev-plan doc
- F1: unified lotus panic screen (panic_full: fb draw + regs dump + DRR crash archive); IDT exception path and dkm_api_panic routed through it
- F4: leveled boot selftest (FUCK [boot] selftest=0|1|2), IDT/CS fatal checks + DMA probe
- F5: [dsk] skip_firstinit direct-to-desktop; build/configs dev+release templates now injected
2026-10-01 23:29:49 +08:00

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Raw Blame History

Deshab-OS 架构设计文档

系统整体架构、核心子系统与关键技术约束。模块文档索引：UTSM、DKM、DSK。 子系统实现状态唯一来源：STATUS.md。

1. 项目定位

属性 说明
架构 x86_64 long mode，Higher Half 0xffffffff80000000+
权限 单地址空间 Ring0（SAS-R0），无传统多用户隔离
引导 Limine（UEFI 优先，BIOS 兼容）
语言 C11 freestanding + x86_64 asm
工链 LLVM Clang + ld.lld（-mcmodel=kernel -mno-sse -msoft-float）
构建 build.ps1 → ISO/deshab.img（GPT：FAT32 ESP /boot + ext4 数据分区）→ QEMU UEFI

设计哲学：极高权限/效率优先（Ring0+O(1)热路径）；内存默认封缄（UTSM/UTRW）；恢复根独立（DRR Emergency Pool）；驱动与内核解耦（dkm_kernel_api）；先闭环再扩展。

2. 系统整体架构

2.1 启动链路

UEFI/BIOS → Limine → utsm.elf（首阶段：serial/IDT/arena/DMA/UTSM/DKM→14驱动/FUCK配置）
  → dsk_boot_context(RDI) → deshab.elf（DSK：首次启动/正常启动/FUCK配置）

2.2 双阶段内核

阶段 产物 职责
UTSM SYSTEM/boot/utsm.elf Long mode入口/serial/IDT/arena/DMA/UTSM init/DKM驱动加载/平台发现/DSK加载跳转
DSK SYSTEM/system/deshab64/deshab.elf 接收boot context/首次启动调度/块设备VFS/网络运行期

跳转约定：RDI=dsk_boot_context*, RSI=RDX=0, IF=0, paging=UTSM页表

2.3 UTSM 启动序列

kernel_main() → serial_init → idt_init → arena_init(16MB) → dma_init(Limine USABLE→bitmap)
  → net_init(8槽) → drr_stub_init → utsm_init → dkm_init+fill_platform_info
  → dsm_load_by_manifest(4 stage, 14 .drv) → utsm_selftest_run → dsk_load_and_jump

3. 五大核心架构支柱

每根支柱的当前实现边界：SAS-R0-PCQ — 调度器 BSP-only，per-cpu runqueue 结构就位未启用；任务加密上下文为结构预留。UTSM — 封缄段表/UUID ✅，加密原语 chacha20/KDF/BLAKE2b 已落，PCKC schedule 待接；全内存密文为设计意图，当前仅 selftest 路径覆盖。UTRW — Fast Path 真实现，Slow Path 为 stub。DRR — checkpoint/看门狗/Emergency Pool ✅（演示级），Emergency Pool 为编译期 64KB 静态池。DKM — 14 驱动能加载 ✅，无热卸载/无 capability/无符号版本协商。

3.1 SAS-R0-PCQ — 单地址空间Ring0调度模型

  • 单地址空间，Ring0，Per-CPU独立runqueue，调度热路径O(1)
  • 任务结构携带UTSM加密上下文（process_uuid/capability table/hot_segment_hint）
  • 任务状态：READY→RUNNING→BLOCKED/SLEEPING→RECOVERING/FAULTED→ZOMBIE
  • 约束：调度切换禁止扫描capability/计算MAC/写checkpoint/重加密

3.2 UTSM — UUID调谐封缄内存

所有普通内存存密文，明文读写须经UTRW。UUID 128-bit二进制格式。

核心规则：数据区只存连续密文（UUID不插入数据区）；每段独立DMP；每任务process_uuid+capability table；加密粒度64B cache line，Dirty粒度4KB page，MAC粒度4KB page。

段布局：[DMP: Descriptor Meta Page][Cipher Data Page 0][Cipher Data Page 1]...
加密方案：
  segment_key = KDF(DRR_root_key, process_uuid, segment_uuid, key_epoch)
  tweak = hash(hash(process_uuid, segment_uuid, key_epoch), line_index, key_epoch)
  ciphertext = plaintext XOR stream(segment_key, tweak)
段状态：FREE→ACTIVE→CHECKPOINTING/SEALED→RECOVERING→POISONED/DESTROYED

3.3 UTRW — 带标记读写器

层级 说明
L0 Raw 直接读cipher_base（密文）
L1 Fast Path capability O(1)定位→PCKC命中→无全局锁解密
L2 Slow Path key miss/epoch mismatch/MAC fail异常处理

Fast Read用seqlock（读writer_seq before→读数据→读after，不等则重试）。Fast Write：writer_seq++进奇数→按64B line加密→写密文→标dirty bitmap→writer_seq++回偶。部分写须先解密旧64B line再合并。

Slow Path：KEY_MISS→派生key写PCKC；EPOCH_EXPIRED→刷新cap.epoch；MAC_FAILED→标suspicious+DRR+试rollback；SEGMENT_POISONED→交DRR。

3.4 DRR — 专用恢复根

核心约束：独立Emergency Pool（普通OOM≠DRR OOM）；recovery路径禁止依赖普通堆；checkpoint只处理dirty shard/page不扫描全内存。

Checkpoint类型：Light（段表/DMP/dirty summary/writer_seq/key_epoch/MAC root）；Dirty Page（dirty页密文副本+MAC）；Boot（内核slot/UTSM root epoch/DRR boot status）。

A/B双槽：active=A→新checkpoint写B→metadata+dirty index+MAC root+CRC→flush→原子切active=B。恢复优先active slot，CRC错则fallback，两槽皆坏则system rollback。

回滚级别：Page→Segment→System。Dirty Shard优化：dirty bitmap拆shard，跳过dirty_count==0的shard，复杂度O(dirty_shards+dirty_pages)。

3.5 DKM — 驱动模块系统

分阶段加载（manifest.json）：

Stage 驱动 失败策略
0 platform timer/apic/acpi/pci required失败→DRR/panic
1 boot console_fb/ahci/nvme/bootfs required失败→DRR recovery
2 filesystem vfs/fat32/devfs 失败→fallback bootfs
3 optional e1000/virtio_net/ps2kbd 失败标记FAILED继续

驱动ABI：导出driver_desc(magic=0x444B4D31)/driver_init/driver_exit。kernel_api服务：log/mem/utsm/irq/pci/dma/vfs/net/timer/drr + 平台直通(rsdp/fb_*/boot_modules/irq_register/hhdm) + block provider registry。

ELF Loader：必须R_X86_64_64/RELATIVE/GLOB_DAT/JUMP_SLOT，禁止TLS/IFUNC/lazy binding。加载状态机：DISCOVERED→QUEUED→DEP_WAIT→LOADING→ELF_CHECKED→MEMORY_ALLOCATED→RELOCATED→ABI_CHECKED→INITING→ACTIVE。

4. 辅助数据结构

4.1 DMP — 段描述符元页

热路径加速结构，O(1)段定位/边界检查/tweak生成/dirty bitmap定位。含fast_base/fast_limit/fast_tweak_seed/fast_key_epoch+CRC。

4.2 PCKC — 每CPU密钥缓存

默认8槽，缓存hot segment key schedule。调度切换只加载next.crypto指针+hot_segment_hint。替换LRU/最冷slot。

4.3 Capability — 段访问凭证

热路径segment_slot+generation+epoch直接定位验证。权限：READ/WRITE/EXEC/SHARE/DMA。默认cap[0]=stack(RW)/cap[1]=heap(RW)/cap[2]=ipc(RWS)/cap[3]=code(RX)。

5. 内存管理

组件 实现 位置
内核arena 16MB bump CODE/UTSM/mm/arena.c
DMA分配器 Limine USABLE→bitmap，低4G钳位 CODE/UTSM/mm/dma.c
UTSM段分配 DMP+密文数据区 CODE/UTSM/core/segment.c

全局区域：Normal Encrypted Segment / DMP Pool / Segment Table / PCKC Area / DRR Reserved Region

关键约束：DMA缓冲须来自物理页分配（不能用高半虚拟地址反推物理）；32位BAR设备DMA需落低4G；DATA/BSS用PF_R|PF_W|PF_X；未启用SSE前-mno-sse -msoft-float。

6. 驱动子系统现状

Stage 驱动 实现
0 timer PIT校准+100ms demo
0 apic CPUID/MADT/LAPIC MMIO只读，保留PIC IRQ
0 acpi RSDP→XSDT，表枚举
0 pci config space扫描枚举
1 console_fb Limine fb，淡蓝背景
1 ahci PCI探测+ABAR HHDM+IDENTIFY/READ/WRITE DMA+ahci0 provider
1 nvme PCI探测（BAR0>4G，待高位MMIO）
1 bootfs Limine boot module内存文件系统
2 vfs 挂载bootfs，文件查找/读取
2 fat32 只读FAT32，优先block provider回退boot module
2 devfs /dev/version,platform,fb0,modules,boot/
3 ps2kbd IRQ1，scancode set1→ASCII
3 e1000 PCI+MAC+IRQ+完整RX/TX ring+DHCP/ARP/UDP/DNS（polling）
3 virtio_net PCI+modern capability枚举（未做virtqueue）

7. 文件系统与块设备

  • block provider registry：kernel_api.block注册/读写，AHCI注册ahci0。block read按最多8扇区分块。
  • FAT32：DKM驱动只读（优先block provider，回退boot module）；DSK loader内嵌FAT32（读写：根目录文件创建/覆写/FAT链分配释放，用于USER.CONF/firstInit.txt持久化）
  • devfs：/dev/version,platform,fb0,modules,boot/

8. 网络子系统

  • netdev registry：8槽固定表，O(1)注册查询
  • kernel_api.net：register_netdev/submit_tx/poll_rx
  • netman.elf：DSK调度，读conf.conf/NETCONF.CNF，DHCP四步握手+ARP网关+DNS A查询（e1000真实收发，polling）

9. 图形、字体与首次启动

9.1 字体系统

DBF格式8bpp灰度：simhei_16/24/32.dbf（GB2312 6763汉字+ASCII 32-126），索引按codepoint升序二分查找。生成工具CODE/font/mkfont.py。FirstInit用render_embedded.py预渲染中文位图嵌入ELF。

9.2 首次启动流程

DSK → 读FUCK配置(show_logo/skip_login/skip_firstinit/mouse_init/netman/dev_mode)
  → 静态Logo（渐变背景+Logo.png居中alpha混合，show_logo=0可跳过）
  → 读firstInit.txt("0|1\n0|1"，第二行dev_mode)
  → dev_mode=1: 加载shell.elf自动命令测试
  → skip_firstinit=1: 直接跳 desktop（跳过向导与登录）
  → firstInit==0(首次): mouseInit→netman→FirstInit(偏好/账户/网络)→写USER.CONF+翻转firstInit.txt→desktop
  → firstInit!=0(正常): login.elf(USER.CONF+skip_login可跳)→desktop
组件 产物
FirstInit SYSTEM/system/user/use/FirstInit.elf
mouseInit SYSTEM/system/deshab64/mouse/mouseInit.elf
netman SYSTEM/system/deshab64/network/netman.elf
login SYSTEM/system/user/use/login.elf
desktop SYSTEM/system/deshab64/desktop.elf

10. 内核启动配置（FUCK）

SYSTEM/system/deshab64/FUCK，INI分区格式。

阶段 读取方式
UTSM Limine boot module（cmdline=fuck:config），serial_init+idt_init后
DSK FAT32子目录遍历（SYSTEM /DESHAB64 /FUCK ），block provider可用后 
[boot] vmm=1 linux_guest=1 selftest=0|1|2 dev_mode=0   # selftest: 0=关 1=快速 2=全量
[drivers] timer=1 apic=1 nvme=0   # 0=跳过
[utsm] max_segments=1024 max_pckc_keys=8 dirty_shard_pages=1024 arena_size_mb=16
[sched] enable=1 tick_hz=100 timeslice_ms=10 demo_ms=0 demo_fault=0
[drr] watchdog_enabled=1
[dsk] show_logo=1 skip_login=0 skip_firstinit=0 default_shell=desktop mouse_init=1 netman=1

缺失或空时用硬编码默认值。算法参数通过运行期全局变量覆盖编译期宏，静态数组大小仍用编译期上限。

关键代码：CODE/UTSM/kernel/ini_parser.h/c、CODE/UTSM/kernel/main.c、CODE/UTSM/include/utsm/config.h、CODE/dsk/main.c。

11. 非目标（Non-Goals）

Deshab 不假装是它不是的东西。以下为明确不做的目标（v1）：

  1. 不提供进程隔离 — SAS-R0 单地址空间 Ring0，无 per-process 页表、无 ring3。驱动 bug 即内核崩溃，这是接受的代价。
  2. 不是 TEE / 机密计算 — UTSM 无硬件信任根（无 IOMMU/MPK/TEE 撑腰），封缄防的是"自己手滑"，不是攻击者（本环境假设无攻击者）。
  3. 非形式化验证 — 0bug 靠 QEMU 演示证据 + DRR 回滚兜底，不靠证明。
  4. DKM 不做故障隔离 — 同地址空间插件，"能加载"≠"能安全卸载"；热卸载为 ROADMAP_INSANE D1 待办。
  5. 不追求多用户强安全 — 见 CLAUDE.md 设计约束 3。
  6. v1 不追求 — RAM 原地回滚 / 设备副作用回滚 / 生产级真机部署。

11.5 开放设计点

  1. kernel_api设计态vs实现态——RE定义typed sub-struct指针，实现为const void*占位
  2. block未作为独立子API——走provider注册
  3. log API签名分歧——定参vs变参，统一方向待定

12. 系统目录约定

SYSTEM/
├── boot/utsm.elf, limine.conf, linux-bzImage, linux-initrd.img, linux-rootfs.img
├── driver/manifest.json, platform/bus/block/*.drv, fs/net/input/console/, test.fat32
├── system/deshab64/deshab.elf, FUCK, desktop.elf, shell.elf, cmd.elf, tools/, mouse/, network/
├── system/font/simhei*.dbf
├── system/user/use/FirstInit.elf, login.elf, firstInit.txt, USER.CONF
└── EFI/BOOT/BOOTX64.EFI

CODE/  UTSM/ dsk/ DKM/ firstInit/ mouse/ netman/ desktop/ shell/ cmd/ tools/ linux/ utsm-ipc/ font/
RE/    UTSM_设计架构.md, UTSM_算法记录.md, 驱动模块ABI设计.md
docs/  （本文档所在）

13. 相关文档索引

文档 内容
CODE/UTSM/README.md UTSM封缄内存模块
CODE/DKM/README.md DKM驱动模块系统
CODE/dsk/README DSK主内核与boot context
RE/UTSM_设计架构.md UTSM架构记录
RE/UTSM_算法记录.md UTSM核心算法
RE/驱动模块ABI设计.md DKM ABI详细设计
docs/BOOT_SEQUENCE.md 启动路线设计
docs/ROADMAP.md Phase 0-9 历史存档
docs/ROADMAP_INSANE.md 五期填补计划（当前活跃）
docs/STATUS.md 单一状态源
docs/PHILOSOPHY.md 疯圣典
docs/兼容层设计.md Linux/PE兼容层
docs/桌面设计.md 桌面环境设计
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