移除标准库依赖

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2023-12-01

移除标准库依赖

禁用标准库

项目默认是链接 Rust 标准库 std 的，它依赖于操作系统，因此我们需要显式通过 #![no_std] 将其禁用：

os/src/main.rs

//! # 全局属性
//! - `#![no_std]`  
//!   禁用标准库
#![no_std]

fn main() {
    println!("Hello, rCore-Tutorial!");
}

我们使用 cargo build 构建项目，会出现下面的错误：

运行输出

error: cannot find macro `println` in this scope
 --> src/main.rs:3:5
  |
7 |     println!("Hello, rCore-Tutorial!");
  |     ^^^^^^^
error: `#[panic_handler]` function required, but not found
error: language item required, but not found: `eh_personality`

接下来，我们依次解决这些问题。

宏 println!

第一个错误是说 println! 宏未找到，实际上这个宏属于 Rust 标准库 std，它会依赖操作系统标准输出等一系列功能。由于它被我们禁用了当然就找不到了。我们暂时将该输出语句删除，之后给出不依赖操作系统的实现。

panic 处理函数

第二个错误是说需要一个函数作为 panic_handler ，这个函数负责在程序发生 panic 时调用。它默认使用标准库 std 中实现的函数并依赖于操作系统特殊的文件描述符，由于我们禁用了标准库，因此只能自己实现它：

os/src/main.rs

use core::panic::PanicInfo;

/// 当 panic 发生时会调用该函数
/// 我们暂时将它的实现为一个死循环
#[panic_handler]
fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! {
    loop {}
}

[info] Rust Panic
Panic 在 Rust 中表明程序遇到了错误，需要被迫停止运行或者通过捕获的机制来处理。

类型为 PanicInfo 的参数包含了 panic 发生的文件名、代码行数和可选的错误信息。这个函数从不返回，所以他被标记为发散函数（Diverging Function）。发散函数的返回类型称作 Never 类型（"never" type），记为 !。对这个函数，我们目前能做的很少，所以我们只需编写一个死循环 loop {}。

这里我们用到了核心库 core，与标准库 std 不同，这个库不需要操作系统的支持，下面我们还会与它打交道。

eh_personality 语义项

第三个错误提到了语义项（Language Item），它是编译器内部所需的特殊函数或类型。刚才的 panic_handler 也是一个语义项，我们要用它告诉编译器当程序发生 panic 之后如何处理。

而这个错误相关语义项 eh_personality ，其中 eh 是 Exception Handling 的缩写，它是一个标记某函数用来实现堆栈展开处理功能的语义项。这个语义项也与 panic 有关。

[info] 堆栈展开 (Stack Unwinding)
通常当程序出现了异常时，从异常点开始会沿着 caller 调用栈一层一层回溯，直到找到某个函数能够捕获这个异常或终止程序。这个过程称为堆栈展开。
当程序出现异常时，我们需要沿着调用栈一层层回溯上去回收每个 caller 中定义的局部变量（这里的回收包括 C++ 的 RAII 的析构以及 Rust 的 drop 等）避免造成捕获异常并恢复后的内存溢出。
而在 Rust 中，panic 证明程序出现了错误，我们则会对于每个 caller 函数调用依次这个被标记为堆栈展开处理函数的函数进行清理。
这个处理函数是一个依赖于操作系统的复杂过程，在标准库中实现。但是我们禁用了标准库使得编译器找不到该过程的实现函数了。

简单起见，我们这里不会进一步捕获异常也不需要清理现场，我们设置为直接退出程序即可。这样堆栈展开处理函数不会被调用，编译器也就不会去寻找它的实现了。

因此，我们在项目配置文件中直接将 dev 配置和 release 配置的 panic 的处理策略设为直接终止，也就是直接调用我们的 panic_handler 而不是先进行堆栈展开等处理再调用。

os/Cargo.toml

...

# panic 时直接终止，因为我们没有实现堆栈展开的功能
[profile.dev]
panic = "abort"

[profile.release]
panic = "abort"

此时，我们 cargo build ，但是又出现了新的错误，我们将在后面的部分解决：

运行输出

error: requires `start` lang_item