实现user_shell

1.bug修复

在实现shell应用程序时，我发现了许多bug，在完成shell这个应用程序之前先把之前代码的bug修复了

1.1 sys_fork 错误修复

在之前的实现中，trap页中内核栈忘记覆盖了，因为sys_fork会去空闲任务数组中拿到一个，此时内核栈和父进程不一样，因此trap页中内核栈的地址需要重新赋值： cx_ptr->kernel_sp = np->kstack;
初始化任务上下文，这里我只是用tcx_init这个函数来初始化了，之前是直接赋值，这里优化了一下

1.2 sys_exec 错误修复

int exec(const char* name)
{

    AppMetadata metadata = get_app_data_by_name(name);
    if(metadata.id<0)
    {
      return -1;
    }
    //ELF 文件头
    elf64_ehdr_t *ehdr = metadata.start;
    elf_check(ehdr);

    struct TaskControlBlock* proc = current_proc();
    PageTable old_pagetable = proc->pagetable;
    u64 oldsz = proc->base_size;
    //重新分配页表
    proc_pagetable(proc);
    //加载程序段
    load_segment(ehdr,proc);
    //映射应用程序用户栈开始地址
    proc_ustack(proc);

    TrapContext* cx_ptr = proc->trap_cx_ppn;
    cx_ptr->sepc = (u64)ehdr->e_entry;
    cx_ptr->sp = proc->ustack;

    proc_freepagetable(&old_pagetable,oldsz);
    return 0;
}

在exec实现时，我们是没有重新分配trap页，我们只是根据传进来的elf文件对程序进行覆盖替换掉原来的，因此只是重新分配了根页表，然后对地址空间重新进行了映射。本质上exec前后都还是同一个进程，只是地址空间不同了，trap页中的某些数据不同了：1. 程序入口地址e_entry 2. 用户栈地址u_stack。因此trap页中需要替换的也就是这两个部分，其他是不需要修改的，比如内核栈、trap_handler地址什么的都是没变的，不需要覆盖。同时由于trap页没有被重新分配物理页，只是改变了映射的地址空间，因此此页不能被释放掉

在proc_freepagetable中，trap页物理内存是否释放的标志位修改为0，不能被释放掉

1.3 sys_read 问题修复

之前的实现中，没有去调用schedule函数，这样造成的后果就是程序会阻塞在sys_read中出不去，加上调度后的逻辑就是sys_read在读取串口的字符，如果此时没读到就调度执行其他进程，重新调度回sys_read时再判断有没有读到字符，这样就不会阻塞在这里了。

2. user_shell 实现

内核在执行user_shell这个应用程序时，应该会有一个initproc的初始化进程，user_shell是由这个初始化进程fork来的，初始化进程负责拉起user_shell和回收结束执行的子进程的资源。初始化进程是内核默认加载执行的第一个应用程序。在这里我们直接sys_exec来执行user_shell，因为还没实现子进程的资源回收机制，因此initproc的程序如下：

#include <timeros/types.h>
#include <timeros/syscall.h>
#include <timeros/string.h>
int main()
{
	sys_exec("user_shell");    
}

在内核中手动拉起此初始化进程，：

//加载进程
load_app(0);
app_init(0);

接下来实现user_shell：

#include <timeros/types.h>
#include <timeros/syscall.h>
#include <timeros/string.h>

#define LF 0x0a     
#define CR 0x0d   //enter
#define DL 0x7f   
#define BS 0x08   // backspace
#define BUFFER_SIZE 1024
int main()
{
    printf("Timer os user shell\n");
    printf(">> ");
    char line[BUFFER_SIZE];
    while (1)
    {
        char c = getchar();
        switch (c)
        {
        case CR:
            printf("\n");
            if(strlen(line) > 0)
            {
                line[strlen(line)] = '\0';
                int pid = sys_fork();
                if(pid==0)
                {
                    sys_exec(line);
                }
            }
            break;
        case BS:
            if (strlen(line) > 0) 
            {
                printf("\b \b");
                line[strlen(line) - 1] = '\0';
            }
            break;
        default:
            printf("%c",c);
            strncat(line,(char*)&c,1);
            break;
        }


    }
    return 0;
}

user_shell的逻辑就是从键盘获取输入，将读到的字符放进line这个字符数组中保存，如果这个字符是键盘上的enter键，则fork一个子进程，让子进程通过sys_exec来执行用户通过键盘输出的可执行程序；如果是键盘上的backspace键，意味着删除一个字符，在c语言中\b是退格字符，当它被打印时，它会导致光标向后移动一格，覆盖先前打印的字符。具体而言，printf("\b \b"); 会打印一个退格字符，然后打印一个空格，最后再打印一个退格字符。这会导致光标向后移动一格，然后再向前移动一格，从而导致看起来好像什么都没有打印一样。
这里用到了一个函数strncat，这个函数的作用就是用于向一个字符串的末尾拼接字符，具体实现如下：

void strncat(char *dest, const char *src, int n) {
    while (*dest) {
        dest++;
    }
    while (n > 0 && *src) {
        *dest++ = *src++;
        n--;
    }
    *dest = '\0';
}