update chapter8 part3: link user image

use build script to ensure linking the latest user image

Author: wangrunji0408

chapter8/part3.md

@@ -4,26 +4,64 @@
 
 我们只需将最终得到的可执行文件直接链接到内核中即可。
 
+这里的实现有一些技巧，我们先写一个[编译脚本](https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/build-scripts.html) `build.rs`。注意是直接放在项目文件夹 `os` 中，而不是源码文件夹 `src`：
+
 ```rust
-// src/init.rs
+// build.rs
+
+use std::fs::File;
+use std::io::{Result, Write};
+
+fn main() {
+    println!("cargo:rerun-if-env-changed=USER_IMG");
+    if let Ok(user_img) = std::env::var("USER_IMG") {
+        println!("cargo:rerun-if-changed={}", user_img);
+    }
+    gen_link_user_asm().unwrap();
+}
 
-global_asm!(concat!(
-    r#"
-	.section .data
-	.global _user_img_start
-	.global _user_img_end
+/// Generate assembly file for linking user image
+fn gen_link_user_asm() -> Result<()> {
+    let mut f = File::create("src/link_user.S").unwrap();
+    let user_img = std::env::var("USER_IMG").unwrap();
+
+    writeln!(f, "# generated by build.rs - do not edit")?;
+    writeln!(f, r#"
+    .section .data
+    .global _user_img_start
+    .global _user_img_end
 _user_img_start:
-    .incbin ""#,
-    env!("USER_IMG"),
-    r#""
+    .incbin "{}"
 _user_img_end:
-"#
-));
+"#, user_img)?;
+    Ok(())
+}
 ```
 
-在编译时，编译器会将当前终端环境变量 ``USER_IMG`` 指向的路径对应的文件链接到 $$\text{.data}$$ 段中，而且我们可以通过两个符号得知它所在的虚拟地址。
+然后在 `init.rs` 中加入：
+
+```rust
+// init.rs
+
+global_asm!(include_str!("link_user.S"));
+```
+
+这段编译脚本会在每次编译的**最开始**运行。它的作用是生成一段汇编代码，将用户程序镜像文件原封不动地链接到内核的 $$\text{.data}$$ 段中。这段汇编被生成到 `src/link_user.S` 文件中，然后我们在 `init.rs` 里把它导入进来。此后可以在其它地方通过 `_user_img_start` 和 `_user_img_end` 这两个符号得知它所在的虚拟地址。
+
+我们用一个环境变量 ``USER_IMG`` 记录用户程序镜像的路径，编译脚本在执行时，会将这个字符串填入生成的汇编中。所以我们只需在编译之前利用 ``export `` 修改环境变量 ``USER_IMG`` 为我们最终得到的可执行文件的路径即可。
+
+最后让我们关注一开始的两条奇怪语句：
+
+```rust
+println!("cargo:rerun-if-env-changed=USER_IMG");
+println!("cargo:rerun-if-changed={}", user_img);
+```
+
+这是编译脚本发送给构建工具 cargo 的特殊指令，含义是：当检测到环境变量 `USER_IMG` 或者它所指向的文件发生变化时，就强制重新编译。并且每次编译时，都会生成一个新的 `link_user.S` 文件。
+
+这波操作要解决的问题是：由于编译器具有**自动增量构建**的特性，会导致当用户镜像发生变化时，编译器无法自动感知到，最后链接的还是以前的版本，使得我们不得不手动 `cargo clean` 清理干净中间产物后重新编译。
 
-所以我们只需在编译之前利用 ``export `` 修改环境变量 ``USER_IMG`` 为我们最终得到的可执行文件的路径即可。
+现在，我们每次更新完用户程序镜像后，都可以放心地直接 `make run` 了！
 
 ### elf 文件解析与内存空间创建
 

chapter9/part1.md

@@ -214,6 +214,5 @@ pub extern "C" fn rust_main() -> ! {
 }
 ```
 
-需要注意的是，就是我们内核的 ``make run`` ，不能检查到磁盘文件的变化，即使磁盘文件发生了变化它也不会将新的磁盘文件链接到内核中。因此一旦你修改了磁盘文件，构建内核时则需要强制重新构建：即 ``make clean && make run`` 。
+程序的运行结果仍与上一节一致，但我们已经用上了文件系统！但是现在问题在于我们运行什么程序是硬编码到内核中的。我们能不能实现一个交互式的终端，告诉内核我们想要运行哪个程序呢？接下来我们就来做这件事情！
 
-程序的运行结果仍与上一节一致，但我们已经用上了文件系统！但是现在问题在于我们运行什么程序是硬编码到内核中的。我们能不能实现一个交互式的终端，告诉内核我们想要运行哪个程序呢？接下来我们就来做这件事情！