如何为基于CosmOS的操作系统开发运行时应用？

运行时应用核心实现逻辑 #

• 先对齐CosmOS的特权级边界，用户态运行时默认跑在最低特权级（EL0/Ring3），所有硬件资源、内核资源的访问都必须通过内核暴露的标准syscall接口陷入内核处理，禁止用户应用直接操作硬件寄存器。
• 若采用自研专属编程语言的方案，运行时需要实现三个核心模块：前置加载器、语言核心运行时库、系统调用绑定层：
  • 前置加载器负责从存储介质读取编译后的应用程序，完成权限校验、地址重定位、资源配额分配，校验全部通过后再把执行权移交到应用入口函数。
  • 核心运行时库封装内存管理、字符串处理、协程/线程调度、异常处理等通用基础能力，上层应用直接调用封装好的接口即可，不需要重复实现基础逻辑。
  • 系统调用绑定层作为运行时和内核的中间适配层，把专属编程语言的语法接口转成符合CosmOS内核要求的syscall参数格式，统一做参数校验，避免用户直接调用底层syscall引发系统异常。

容易遗漏的运行时程序加载方法 #

• 位置无关代码（PIC）加载：编译时生成不需要固定加载地址的程序，加载器可以随机分配内存区间，不需要对代码段做重定位，既提升了内存布局随机化的安全性，也简化了加载逻辑，是自研OS初期很容易忽略的方案。
• 按需延迟加载：不需要一次性把应用的所有代码段、数据段全部读入内存，只有当程序执行到对应段、访问对应数据触发缺页异常时，才从存储介质加载对应的页到内存，大体积应用的启动速度能提升数倍。
• 共享运行时加载：如果所有上层用户应用都采用你自研的专属编程语言开发，可以把公共的运行时库单独打包成共享镜像，内核仅加载一份到内存的只读区间，所有用户应用映射同一份内存页，能大幅节省内存占用，不需要每个应用都单独打包一份完整运行时。
• 增量热加载：针对需要不中断服务更新的应用场景，可以实现分段加载能力，仅替换应用有变更的代码段/数据段，不需要重新加载整个应用实例。

专属编程语言适配优化建议 #

• 可以把CosmOS的syscall绑定逻辑直接内置到编译器前端，编译时直接生成符合CosmOS要求的ELF或者自定义格式可执行文件，不需要额外的转译层，运行效率提升明显。
• 针对CosmOS原生的调度模型做语法层面的适配，比如原生支持内核轻量级进程调度，不需要运行时额外实现一层用户态调度，减少不必要的上下文切换开销。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Icyberd Gaming