23 KiB

Raw Permalink Blame History

NOS Bootloader 模块文档

本文档提供NOS引导加载程序各模块的详细说明，包括模块职责、使用场景和模块间交互。

架构概述

NOS引导加载程序采用分层架构，遵循领域驱动设计(DDD)原则：

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    应用层 (Application)                    │
│  ┌─────────────────┐  ┌─────────────────┐                │
│  │ BootOrchestrator│  │   BootMenu      │                │
│  └─────────────────┘  └─────────────────┘                │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     领域层 (Domain)                       │
│  ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────┐   │
│  │BootConfig  │ │  BootInfo   │ │   BootServices     │   │
│  └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                  基础设施层 (Infrastructure)               │
│  ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────┐   │
│  │DIContainer │ │GraphicsBackend│ │HardwareDetection   │   │
│  └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     核心层 (Core)                         │
│  ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────┐   │
│  │ Allocator   │ │  BootState  │ │   BootSequence     │   │
│  └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

分层原则

应用层: 协调领域服务，实现用例
领域层: 包含业务逻辑和领域模型
基础设施层: 提供技术实现和外部接口
核心层: 提供基础框架和工具

核心模块

`core` - 核心框架

职责:

提供引导加载程序的基础框架
实现内存分配器
管理引导状态和序列
处理初始化逻辑

主要组件:

allocator: 双级内存分配器
boot_state: 引导状态管理
boot_sequence: 引导序列控制
init: 初始化逻辑

使用场景:

// 初始化内存分配器
use nos_bootloader::core::allocator::DualLevelAllocator;

let allocator = DualLevelAllocator::new();
let allocated = allocator.allocated();
let utilization = allocator.utilization();

// 管理引导状态
use nos_bootloader::core::boot_state::BootState;

let mut state = BootState::new();
state.transition_to(BootPhase::HardwareDetection);

与其他模块交互:

为所有其他模块提供内存分配服务
被应用层用于控制引导流程
被基础设施层用于管理初始化状态

领域层

`domain` - 领域模型

职责:

定义核心业务概念
实现业务规则和验证
提供领域服务接口
发布领域事件

主要组件:

boot_config: 引导配置值对象
boot_info: 引导信息聚合根
boot_services: 引导领域服务
events: 领域事件系统
hardware_detection: 硬件检测领域服务

使用场景:

// 创建和验证配置
use nos_bootloader::domain::{BootConfig, GraphicsMode};

let mut config = BootConfig::new();
config.graphics_mode = Some(GraphicsMode::new(1024, 768, 32)?);
config.validate()?;

// 使用领域服务
use nos_bootloader::domain::boot_services::BootValidator;

BootValidator::validate_prerequisites(&config, &hw_info)?;

与其他模块交互:

被应用层调用实现业务逻辑
使用基础设施层提供的服务实现
发布事件给订阅者（如诊断系统）

`domain::boot_config`

职责:

定义引导配置数据结构
实现配置验证规则
提供配置默认值

关键类型:

BootConfig: 主配置对象
GraphicsMode: 图形模式配置
MemoryRegion: 内存区域定义
LogLevel: 日志级别枚举
BootPhase: 引导阶段状态

验证规则:

图形模式分辨率限制: 320-4096 x 200-2160
色深支持: 8, 16, 24, 32位
高分辨率图形需要分页支持
内存检查需要分页支持

`domain::boot_info`

职责:

聚合引导信息
提供内核接口所需数据
验证引导信息完整性

关键类型:

BootInfo: 引导信息聚合根
KernelInfo: 内核信息
GraphicsInfo: 图形信息

`domain::boot_services`

职责:

实现跨实体的业务逻辑
提供领域服务接口
协调多个领域对象

关键服务:

BootValidator: 验证引导先决条件
GraphicsModeSelector: 选择图形模式
MemoryManager: 内存管理服务
KernelLoader: 内核加载服务

`domain::events`

职责:

定义领域事件
实现事件发布订阅
支持事件过滤和路由

关键类型:

DomainEvent: 事件特征
DomainEventPublisher: 事件发布器
DomainEventSubscriber: 事件订阅者

事件类型:

BootPhaseCompletedEvent: 引导阶段完成
GraphicsInitializedEvent: 图形初始化完成
KernelLoadedEvent: 内核加载完成
ValidationFailedEvent: 验证失败

基础设施层

`infrastructure` - 基础设施

职责:

实现领域定义的接口
提供硬件抽象
管理外部依赖
实现依赖注入

主要组件:

di_container: 依赖注入容器
graphics_backend: 图形后端实现
hardware_detection: 硬件检测实现

使用场景:

// 使用依赖注入容器
use nos_bootloader::infrastructure::BootDIContainer;

let mut container = BootDIContainer::new(BootProtocolType::Bios);
container.initialize()?;

let hw_service = container.hardware_detection_service()?;

// 使用图形后端
use nos_bootloader::infrastructure::GraphicsBackend;

let mut backend = GraphicsBackend::new()?;
let fb_info = backend.set_mode(1024, 768, 32)?;

与其他模块交互:

实现领域层定义的接口
被应用层通过依赖注入使用
与核心层交互进行底层操作

`infrastructure::di_container`

职责:

管理服务生命周期
实现依赖注入
提供服务工厂

关键功能:

服务注册和解析
依赖关系管理
生命周期控制
平台特定实现选择

`infrastructure::graphics_backend`

职责:

实现图形后端接口
抽象不同图形协议
提供统一的图形API

支持的后端:

BIOS VBE (VESA BIOS Extensions)
UEFI GOP (Graphics Output Protocol)

`infrastructure::hardware_detection`

职责:

实现硬件检测服务
提供统一硬件信息
支持多种检测方式

检测能力:

CPU信息和特性
内存布局和大小
图形设备能力
系统总线信息

应用层

`application` - 应用服务

职责:

实现用例编排
协调领域服务
处理应用程序流程
提供高级API

主要组件:

boot_orchestrator: 引导编排器

使用场景:

// 执行完整引导序列
use nos_bootloader::application::BootApplicationService;

let mut service = BootApplicationService::new(BootProtocolType::Bios)?;
let boot_info = service.boot_system(Some("quiet splash"))?;

与其他模块交互:

调用领域服务实现业务逻辑
使用基础设施层提供的技术服务
控制核心层的初始化流程

`application::boot_orchestrator`

职责:

编排完整引导流程
协调各个阶段
处理错误恢复
管理引导状态转换

引导流程:

加载配置
检测硬件
验证先决条件
初始化图形
加载内核
准备引导信息
发布就绪事件

图形子系统

`graphics` - 图形渲染

职责:

提供图形渲染API
实现双缓冲机制
支持多种图形格式
优化渲染性能

主要组件:

GraphicsRenderer: 主渲染器
DoubleBuffer: 双缓冲管理
Color: 颜色表示
FramebufferInfo: 帧缓冲区信息

特性:

ARGB8888颜色格式支持
双缓冲无闪烁渲染
脏区域跟踪优化
SIMD加速（x86_64）
跨平台兼容性

使用场景:

// 创建渲染器
use nos_bootloader::graphics::{GraphicsRenderer, FramebufferInfo, Color};

let fb_info = FramebufferInfo::new(0x10000000, 1024, 768, 4096, 32);
let mut renderer = GraphicsRenderer::new_with_double_buffer(fb_info)?;

// 渲染操作
renderer.begin_render()?;
renderer.clear_screen(Color::rgb(0, 51, 102))?;
renderer.draw_filled_rect(100, 100, 200, 100, Color::white())?;
renderer.end_render()?;
renderer.swap_buffers()?;

`graphics::vbe` - VBE支持

职责:

实现VESA BIOS扩展
提供VBE模式管理
支持模式缓存
处理BIOS中断

主要组件:

VbeController: VBE控制器
VbeGraphicsManager: VBE图形管理器
VbeModeInfo: VBE模式信息

功能:

VBE 2.0/3.0支持
模式枚举和选择
线性帧缓冲区
性能优化缓存

引导菜单

`boot_menu` - 引导菜单

职责:

提供统一菜单接口
支持多种UI模式
处理用户输入
管理菜单选项

主要组件:

BootMenu: 统一菜单接口
MenuOption: 菜单选项
UIMode: UI模式枚举

UI模式:

Graphical: 图形模式
Text: 文本模式
Serial: 串行控制台模式

使用场景:

// 创建菜单
use nos_bootloader::boot_menu::{BootMenu, UIMode, MenuOption};

let mut menu = BootMenu::new(UIMode::Text);
menu.initialize()?;

// 添加选项
menu.add_option(MenuOption::new(1, "Normal", "Normal boot"))?;
menu.add_option(MenuOption::new(2, "Recovery", "Recovery mode"))?;

// 处理输入
let selected = menu.process_input(b'\n');

BIOS支持

`bios` - BIOS接口

职责:

实现BIOS中断调用
提供实模式服务
处理BIOS数据结构
支持传统硬件访问

主要组件:

bios_calls: BIOS调用接口
bios_realmode: 实模式执行
disk: 磁盘访问
vga: VGA图形
memory: 内存检测

功能:

BIOS中断10h (视频服务)
BIOS中断13h (磁盘服务)
BIOS中断15h (系统服务)
实模式内存访问

固件接口

`firmware` - 固件抽象

职责:

抽象不同固件接口
提供统一API
支持多种引导协议
处理固件特定逻辑

支持的固件:

BIOS (传统BIOS)
UEFI (统一可扩展固件接口)
Multiboot2 (多引导协议)

主要组件:

uefi: UEFI接口
multiboot2: Multiboot2协议
disk_io: 磁盘I/O抽象

内存管理

`memory_mgmt` - 内存管理

职责:

管理物理内存
实现分页机制
支持内存热插拔
提供ECC支持

主要组件:

manager: 内存管理器
paging: 分页机制
layout: 内存布局
hotplug: 热插拔支持
ecc: ECC内存支持

功能:

物理页面分配
虚拟内存映射
内存区域管理
内存统计报告

CPU初始化

`cpu_init` - CPU初始化

职责:

初始化CPU状态
设置中断处理
支持多处理器
检测CPU特性

主要组件:

interrupt: 中断处理
multiprocessor: 多处理器支持
mode_transition: 模式转换
virtualization_detect: 虚拟化检测

功能:

中断描述符表(IDT)
全局描述符表(GDT)
CPU特性检测
多核启动

设备驱动

`drivers` - 设备驱动

职责:

提供设备抽象
实现基本驱动
支持设备枚举
处理设备I/O

主要组件:

console: 控制台驱动
uart: 串口驱动
timer: 定时器驱动
display: 显示驱动

支持的设备:

串行端口(UART)
可编程间隔定时器(PIT)
VGA显示适配器
系统控制台

安全模块

`security` - 安全功能

职责:

实现安全启动
提供TPM支持
验证数字签名
检查完整性

主要组件:

secure_boot: 安全启动
tpm: TPM支持
verify: 验证功能
integrity: 完整性检查

功能:

UEFI安全启动
数字签名验证
平台密钥管理
启动度量

内核接口

`kernel_if` - 内核接口

职责:

加载内核镜像
准备引导信息
实现引导协议
处理内核交接

主要组件:

kernel_loader: 内核加载器
kernel_handoff: 内核交接
boot_info_builder: 引导信息构建
protocol_manager: 协议管理

支持的格式:

ELF64内核镜像
多引导协议
平台特定协议

引导协议

`protocol` - 协议定义

职责:

定义引导协议
提供协议抽象
支持多种标准
处理协议转换

支持的协议:

BIOS引导协议
UEFI引导协议
Multiboot2协议
自定义协议

引导阶段

`boot_stage` - 引导阶段

职责:

管理引导流程
控制阶段转换
处理阶段错误
支持阶段恢复

主要组件:

boot_orchestrator: 引导编排器
boot_control: 引导控制
boot_preparation: 引导准备
boot_recovery: 引导恢复

引导阶段:

初始化阶段
硬件检测阶段
内存初始化阶段
图形初始化阶段
内核加载阶段
内核交接阶段

诊断系统

`diagnostics` - 诊断功能

职责:

提供硬件扫描
实现性能分析
支持日志记录
生成诊断报告

主要组件:

hardware_scan: 硬件扫描
profiling: 性能分析
logging: 日志记录
reporter: 报告生成

功能:

硬件兼容性检查
性能瓶颈分析
错误诊断报告
启动时间分析

优化模块

`optimization` - 性能优化

职责:

实现并行化
提供缓存优化
支持延迟加载
处理错误缓解

主要组件:

cache: 缓存优化
error_mitigation: 错误缓解
recovery: 恢复机制

优化技术:

SIMD指令优化
缓存友好算法
并行初始化
预取策略

ACPI支持

`acpi_support` - ACPI支持

职责:

解析ACPI表
提供电源管理
支持设备配置
处理ACPI事件

主要组件:

acpi_parser: ACPI解析器
power: 电源管理
parser: 表解析

支持的表:

RSDP (Root System Description Pointer)
RSDT (Root System Description Table)
FADT (Fixed ACPI Description Table)
DSDT (Differentiated System Description Table)

平台抽象

`platform` - 平台抽象

职责:

提供平台接口
抽象平台差异
支持系统信息
实现平台验证

主要组件:

console: 控制台抽象
system_info: 系统信息
device: 设备抽象
validation: 平台验证

工具库

`utils` - 工具函数

职责:

提供通用工具
实现错误处理
支持日志记录
提供内存工具

主要组件:

error: 错误处理
log: 日志记录
boot_traits: 引导特征
error_recovery: 错误恢复

工具功能:

统一错误类型
日志级别控制
内存操作工具
字符串处理

模块间交互图

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    应用层                                │
│  ┌─────────────┐                                       │
│  │BootOrchestr.│ ────────────────────────────────────────┐ │
│  └─────────────┘                                       │ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
  │                                                       │
  ▼                                                       │
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│                    领域层                                │ │
│  ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────┐ │ │
│  │BootConfig   │ │  BootInfo   │ │   BootServices     │ │ │
│  └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────────┘ │ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
  │                                                       │
  ▼                                                       │
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│                  基础设施层                               │ │
│  ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────┐ │ │
│  │DIContainer │ │GraphicsBackend│ │HardwareDetection   │ │ │
│  └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────────┘ │ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
  │                                                       │
  ▼                                                       │
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│                     核心层                               │ │
│  ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────┐ │ │
│  │ Allocator   │ │  BootState  │ │   BootSequence     │ │ │
│  └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────────┘ │ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
  │                                                       │
  └───────────────────────────────────────────────────────────┘

设计原则

1. 依赖倒置原则

高层模块不依赖低层模块
抽象不依赖细节
细节依赖抽象

2. 单一职责原则

每个模块只有一个变化原因
明确定义模块边界
避免功能耦合

3. 开闭原则

对扩展开放
对修改封闭
使用接口和抽象

4. 接口隔离原则

客户端不应依赖不需要的接口
接口应该小而专注
避免胖接口

5. 领域驱动设计

以领域为中心
明确的边界上下文
统一语言

最佳实践

模块设计

明确职责: 每个模块应该有单一、明确的职责
最小依赖: 减少模块间的依赖关系
接口抽象: 使用接口而非具体实现
错误处理: 统一的错误处理机制

代码组织

分层结构: 严格按照分层架构组织代码
命名约定: 使用一致的命名约定
文档完整: 为所有公共API提供文档
测试覆盖: 为关键功能提供测试

性能考虑

内存管理: 高效的内存分配和释放
缓存友好: 优化缓存命中率
并行处理: 利用多核处理器
延迟优化: 减少关键路径延迟

未来扩展

计划中的模块

网络支持: PXE/iPXE网络引导
加密支持: 磁盘加密和验证
虚拟化: 虚拟机引导支持
容器: 容器化引导支持

架构演进

微服务化: 模块化服务架构
事件驱动: 更多事件驱动机制
插件系统: 可扩展插件架构
配置管理: 动态配置管理

这个模块文档为NOS引导加载程序提供了全面的模块说明，帮助开发者理解系统架构和各模块的职责。

23 KiB Raw Permalink Blame History Unescape Escape

NOS Bootloader 模块文档

目录

架构概述

分层原则

核心模块

core - 核心框架

领域层

domain - 领域模型

domain::boot_config

domain::boot_info

domain::boot_services

domain::events

基础设施层

infrastructure - 基础设施

infrastructure::di_container

infrastructure::graphics_backend

infrastructure::hardware_detection

应用层

application - 应用服务

application::boot_orchestrator

图形子系统

graphics - 图形渲染

graphics::vbe - VBE支持

引导菜单

boot_menu - 引导菜单

BIOS支持

bios - BIOS接口

固件接口

firmware - 固件抽象

内存管理

memory_mgmt - 内存管理

CPU初始化

cpu_init - CPU初始化

设备驱动

drivers - 设备驱动

安全模块

security - 安全功能

内核接口

kernel_if - 内核接口

引导协议

protocol - 协议定义

引导阶段

boot_stage - 引导阶段

诊断系统

diagnostics - 诊断功能

优化模块

optimization - 性能优化

ACPI支持

acpi_support - ACPI支持

平台抽象

platform - 平台抽象

工具库

utils - 工具函数

模块间交互图

设计原则

1. 依赖倒置原则

2. 单一职责原则

3. 开闭原则

4. 接口隔离原则

5. 领域驱动设计

最佳实践

模块设计

代码组织

性能考虑

未来扩展

计划中的模块

架构演进

23 KiB

Raw Permalink Blame History

`core` - 核心框架

`domain` - 领域模型

`domain::boot_config`

`domain::boot_info`

`domain::boot_services`

`domain::events`

`infrastructure` - 基础设施

`infrastructure::di_container`

`infrastructure::graphics_backend`

`infrastructure::hardware_detection`

`application` - 应用服务

`application::boot_orchestrator`

`graphics` - 图形渲染

`graphics::vbe` - VBE支持

`boot_menu` - 引导菜单

`bios` - BIOS接口

`firmware` - 固件抽象

`memory_mgmt` - 内存管理

`cpu_init` - CPU初始化

`drivers` - 设备驱动

`security` - 安全功能

`kernel_if` - 内核接口

`protocol` - 协议定义

`boot_stage` - 引导阶段

`diagnostics` - 诊断功能

`optimization` - 性能优化

`acpi_support` - ACPI支持

`platform` - 平台抽象

`utils` - 工具函数