https://xv6.dgs.zone/labs/requirements/lab2.html

阅读

在你开始写代码之前，请阅读xv6手册《book-riscv-rev1》的第2章、第4章的第4.3节和第4.4节以及相关源代码文件：

  • 系统调用的用户空间代码在 user/user.h 和 user/usys.pl 中。
  • 内核空间代码是 kernel/syscall.h 、 kernel/syscall.c 。
  • 与进程相关的代码是 kernel/proc.h 和 kernel/proc.c 。

xv6手册阅读 理论篇

操作系统应该需要满足的要求

  • 多路复用：可以支持多个进程，让进程分时复用计算机的资源
  • 隔离：进程出错时，不能影响不依赖于它的进程，不影响操作系统
  • 交互：不同进程之间可以进行合理可控的交互

为什么需要操作系统？而不是直接将系统调用设计成一个库？什么时候可以设计成一个库？

直接用上面的操作系统需要满足的要求来回答即可：库函数实现无法满足多路复用、隔离

  • 不满足多路复用：不能保证进程定期放弃 CPU
  • 不满足隔离：不能保证进程之间的内存地址重叠导致覆盖
  • 操作系统可以抽象硬件：抽象硬件有利于编程，让程序员专注于程序而非硬件设备
  • 操作系统可以简化交互：提供文件描述符实现
  • 透明化进程切换：不需要应用程序来实现上下文切换

定制库需求：应用程序可以根据需求定制库，而不需要臃肿的操作系统，用于计算资源不那么多的嵌入式设备

强隔离的需求是什么样的？操作系统强隔离是怎么实现的？

强隔离要求

  • 程序出错时不能影响到其他进程、操作系统
  • 操作系统能够及时清理出错的进程

实现强隔离的一些支持

  • RISC-V 的 CPU 的硬件支持
    • machine mode ：完全特权指令，配置计算机
    • supervisor mode ：特权指令
    • user mode ：只能通过内核模式设置的少数系统调用进入内核，让内核执行特权指令后返回结果

xv6 采用宏内核的设计，内核组织有哪些架构？

内核的组织架构（通过操作系统的哪些指令在管理模式执行来区分）

  • 宏内核：整个操作系统都在管理模式运行
    • 好处：不需要考虑哪些指令放在用户模式执行；不同指令执行更好合作；
    • 缺点：接口复杂，导致更容易犯错，而一旦犯错，内核就崩溃
  • 微内核：最大限度减少在内核中的操作系统
    • 好处：内核部分的代码量少，减小错误的发生

xv6 以进程为隔离单位，需要为隔离实现哪些功能？

  • 用户/管理模式标志
  • 地址空间
  • 线程的时间切片

xv6 如何隔离进程的地址空间？

xv6 使用页表为每个进程提供自己的地址空间，页表结构如下图

  • trampoline ：用于内核和用户态切换
  • trapframe ：
  • 堆
  • 栈
  • 全局变量
  • 指令

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xv6 如何维护进程的状态？

通过一个结构体 proc （**kernel/proc.h**:86）来记录

xv6手册阅读 代码篇

xv6 的源代码位置位于 kernel 文件夹下， defs.h 文件声明了接口，除此之外的 *.h 文件定义了各自 *.c 文件中用到的宏、结构体等

xv6 源文件概览

依次跟随以下文档阅读指定的源文件