關於RISC-V OS開發 1 OS啟動，開始起飛

xv6的結構：

xv6是宏內核，kernel下的文件（.c/.h/.S）會被編譯成一個叫做kernel的二進位文件，然後這個二進位文件會被運行在kernle mode中。

第二個部分是user。這基本上是運行在user mode的程序。這也是為什麼一個目錄稱為kernel，另一個目錄稱為user的原因。

第三部分叫做mkfs。它會使用fs.img創建一個空的文件鏡像，我們會將這個鏡像存在磁碟上，這樣我們就可以直接使用一個空的文件系統。

makefile會將kernel下的文件編譯成.o文件，之後會使用ld連結成可執行文件kernel，並使用objdump創建kernel.asm便於調試。

最後會調用qemu來運行起來xv6。

xv6編譯過程

目標qemu有兩個依賴文件：$K/kernel和fs.img。其中$K/kernel這樣生成：

$K/kernel: $(OBJS) $K/kernel.ld $U/initcode

$(LD) $(LDFLAGS) -T $K/kernel.ld -o $K/kernel $(OBJS)

$(OBJDUMP) -S $K/kernel > $K/kernel.asm

$(OBJDUMP) -t $K/kernel | sed '1,/SYMBOL TABLE/d; s/ .* / /; /^$$/d' > $K/kernel.sym

$K/kernel就是整個xv6內核的二進位文件。它的依賴文件就是/kernel下的所有內容。.c和.S文件由隱含規則自動生成.o文件，xv6的編譯首先就是編譯/kernel下的所有.c和.S文件生成相應.o文件，之後再根據kernel.ld進行連結生成kernel二進位文件，並將其反彙編成用於調試的彙編文件。此外對於$U/initcode.S這個文件也要編譯、連結、反彙編，具體作用見後文。

再之後是對user文件夾下的用戶程序進行編譯、連結、反彙編。然後使用makefs把這些用戶程序的二進位文件寫到fs.img這個磁碟鏡像上。最後就可以使用qemu-system-riscv64命令啟動虛擬機了。這裡本質上是通過C語言來模擬仿真RISC-V處理器。

qemu-system-riscv64 -machine virt -bios none -kernel kernel/kernel -m 128M -smp 3 -nographic

-drive file=fs.img,if=none,format=raw,id=x0 -device virtio-blk-device,drive=x0,bus=virtio-mmio-bus.0

我們來看傳給QEMU的幾個參數：

-kernel：這裡傳遞的是內核文件（kernel目錄下的kernel文件），這是將在QEMU中運行的程序文件。

-m：這裡傳遞的是RISC-V虛擬機將會使用的內存數量

-smp：這裡傳遞的是虛擬機可以使用的CPU核數

-drive：傳遞的是虛擬機使用的磁碟驅動，這裡傳入的是fs.img文件

這樣，XV6就在QEMU中啟動了。QEMU就是個C程序，它通過C語言來完全模擬硬體的行為。

xv6啟動過程

RISC-V採用內存映射I/O的方式，主板的設計人員決定了，在完成了虛擬到物理地址的翻譯之後，如果得到的物理地址大於0x80000000會走向DRAM晶片，如果得到的物理地址低於0x80000000會走向不同的I/O設備。這是由這個主板的設計人員決定的物理結構。如果你想要查看這裡的物理結構，你可以閱讀主板的手冊，手冊中會一一介紹物理地址對應關係。QEMU也會默認0x80000000是物理內存的起始處，它會從這裡開始執行指令。而kernel/kernel.ld會把kernel/entry.S中的指令放到0x80000000處，讓每個CPU都從這裡開始執行。kernel/entry.S的作用就是為每個CPU接下來運行C程序設置了4KB大小的棧。之後會跳到kernel/start.c中的start()函數。它在M模式下進行一些初始化，然後通過mret以S模式進入到main.c中。在main()中，CPU0會完成絕大多數初始化並且分配init進程。接著等待CPU1和CPU2完成自己的一些per-CPU初始化之後，進入scheduler()中，開始選擇進程來執行。從此就進入了OS的「死循環」當中，永遠不會返回了。