المرحلة 4b: أول عملية User Space — Hello from Ring 3!

هذه لحظة تاريخية في تطوير النواة: أول كود يعمل في وضع المستخدم (Ring 3) ويتواصل مع النواة عبر syscall حقيقي.

ما تم إنجازه

1. إطلاق عملية User Space (kernel/sched/user_init.rs)

• تخصيص صفحة كود (4KB) وصفحة مكدس (4KB) عند عنوان 2GB (فوق منطقة الكيرنل)
• ربط الصفحات مع PTE_USER | PTE_WRITABLE عبر VMM
• كتابة برنامج المستخدم كـ machine code مباشر (40 بايت) مع رسالة نصية
• القفز لـ Ring 3 عبر iretq مع CS=0x23 (User Code) و SS=0x1B (User Data)

2. Syscall يعمل بالكامل

التسلسل الكامل يعمل:

User (Ring 3): syscall → SFMASK يعطل IF
  → CPU: RIP→rcx, RFLAGS→r11, CS→KernelCode, SS→KernelData
  → syscall_entry.asm:
    → swapgs (GS يشير لـ PerCpu)
    → حفظ user RSP في [gs:8]
    → تحميل kernel RSP من [gs:0]
    → حفظ كل المسجلات على مكدس النواة
    → تدوير المعاملات بالترتيب العكسي
    → call syscall_dispatch (Rust)
    → استعادة المسجلات
    → pop r10 (user RSP مؤقت — ليس pop rsp!)
    → pop r11, pop rcx (لسه على مكدس النواة)
    → mov rsp, r10 (آخر شيء)
    → swapgs عكسي
    → sysretq
  → User (Ring 3): يكمل التنفيذ

3. خطأ حرج 11: نشر PTE_USER عبر جداول الصفحات

المشكلة: map_page كانت تضع PTE_PRESENT | PTE_WRITABLE فقط على المستويات الوسيطة (PML4 → PDP → PD). عندما يمشي المعالج في جداول الصفحات من Ring 3، يتحقق من PTE_USER في كل مستوى — إذا أي مستوى يفتقده، يطلق Page Fault.

مضاعفة المشكلة: PML4[0] موجود أصلاً من Assembly بدون PTE_USER، وensure_table كانت ترجع العنوان الموجود بدون تحديث الـ flags.

الحل (إصلاحان):

1. map_page تحسب intermediate_flags — إذا الصفحة فيها PTE_USER، كل المستويات الوسيطة تحصل عليه أيضاً
2. ensure_table تتحقق من flags المفقودة وتضيفها (OR) على entries الموجودة

الأمان محفوظ: PTE_USER في PML4[0] يسمح بالمرور للـ 512GB كاملة، لكن PDP[0] و PDP[1] (الكيرنل) لا تحتوي PTE_USER، فتبقى محمية.

النتيجة

Spawning user process [PID 1]...

Hello from Ring 3!
[PID 1] sys_exit(0)

إثبات شامل: iretq ✅ | syscall ✅ | swapgs ✅ | stack switch ✅ | SYS_WRITE ✅ | SYS_EXIT ✅ | PTE_USER propagation ✅