update xv6的启动过程.md : for riscv
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commit
e5f3ca61fa
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@ -16,73 +16,113 @@ bootblock->entry.S->main.c
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`main`函数在main.c，是内核的主控函数。
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1. 在`kalloc.c`里实现kinit1函数(不需要锁的物理页分配)，其原理是把前4M的物理页放到一个单向链表里。kinit1和kinit2调用freerange将内存加入空闲链表中, freerange则是通过对每一页调用kfree实现该功能。一个PTE只能指向一个4096字节对齐的物理地址(即是4096的倍数),因此freerange用PGROUNDUP来保证分配器只会释放对齐的物理地址。分配器原本一开始没有内存可用,正是对kfree的调用将可用内存交给了分配器来管理。
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##### 4. kinit1
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2. 在`vm.c`里实现kvmalloc函数(建立内核的页表映射)。
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物理页分配
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3. mpinit侦测其它的处理器。
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在`kalloc.c`里实现kinit1函数(不需要锁的物理页分配)，其原理是把前4M的物理页放到一个单向链表里。kinit1和kinit2调用freerange将内存加入空闲链表中, freerange则是通过对每一页调用kfree实现该功能。一个PTE只能指向一个4096字节对齐的物理地址(即是4096的倍数),因此freerange用PGROUNDUP来保证分配器只会释放对齐的物理地址。分配器原本一开始没有内存可用,正是对kfree的调用将可用内存交给了分配器来管理。
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4. lapicinit初始化LAPIC中断控制器。时钟芯片是在LAPIC中的，所以每一个处理器可以独立地接收时钟中断。
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##### 5. kvmalloc
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`lapicw(TIMER, PERIODIC | (T_IRQ0 + IRQ_TIMER));`使LAPIC周期性地在IRQ_TIMER(也就是IRQ0)产生中断。
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内核页表
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`lapicw(TPR, 0);`打开CPU的LAPIC的中断,这使得LAPIC能够将中断传递给本地处理器。
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在`vm.c`里实现kvmalloc函数(建立内核的页表映射)。
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5. seginit初始化段描述符(在不同CPU上有不同值的per-CPU变量)。
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##### 6. mpinit
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6. picinit使PIC失效。
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侦测其它的处理器。
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```c
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void picinit(void){
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outb(IO_PIC1+1, 0xFF);
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outb(IO_PIC2+1, 0xFF);
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}
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```
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##### 7. lapicinit
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7. ioapicinit是对I/O APIC的初始化。它建立了中断到PRT的映射，然后把它们都屏蔽掉。随后由设备自己开启中断，并指定哪个处理器接收这个中断。
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初始化LAPIC中断控制器。时钟芯片是在LAPIC中的，所以每一个处理器可以独立地接收时钟中断。
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```c
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for(i = 0; i <= maxintr; i++){
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ioapicwrite(REG_TABLE+2*i, INT_DISABLED | (T_IRQ0 + i));
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ioapicwrite(REG_TABLE+2*i+1, 0);
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}
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```
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`lapicw(TIMER, PERIODIC | (T_IRQ0 + IRQ_TIMER));`使LAPIC周期性地在IRQ_TIMER(也就是IRQ0)产生中断。
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8. consoleinit初始化硬件：控制台。
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`lapicw(TPR, 0);`打开CPU的LAPIC的中断,这使得LAPIC能够将中断传递给本地处理器。
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9. uartinit初始化硬件：串口。
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##### 8. seginit
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10. pinit初始化进程表。
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初始化段描述符(在不同CPU上有不同值的per-CPU变量)。
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11. 在`trap.c`里实现`tvinit`函数(建立中断向量表)。`tvinit`函数通过宏SETGATE建立了中断向量表的256个表项，详见下表：
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##### 9. picinit
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| SETGATE参数 | 值 | 意义 |
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| ----------- | ------------ | -------------------------- |
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| gate | idt[i] | 中断向量表第i项 |
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| istrap | 0 | 中断类型，0：中断，1：陷阱 |
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| sel | SEG_KCODE<<3 | 段选择子 |
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| off | vectors[i] | 第i个中断例程的入口地址 |
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| d | 0 | 描述符特权级 |
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使PIC失效。
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通过观察`vectors.S`可以发现所有的中断例程都指向了alltraps，所以个人认为在xv6里中断向量表并没有发挥它应有的作用，因为所有的中断都是在alltraps及其后的函数里处理的。中断向量表里每项默认的值：args是双字计数，只有在调用门中有意义，默认为0；rsvl是保留位，默认为0；s位固定为0；p描述符是否有效，默认为1。
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```
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void picinit(void){
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outb(IO_PIC1+1, 0xFF);
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outb(IO_PIC2+1, 0xFF);
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}
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```
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特别地，`tvinit`函数为系统调用T_SYSCALL进行了专门的设置：将istrap设置为1将它指定为一个陷阱门，陷阱门不会清除EFLAGS寄存器的IF位，这使得处理系统调用的时候也可以处理其它中断；将d设置为DPL_USER，这使得用户进程可以通过int指令产生一个内陷，因为xv6不允许进程用int来产生其它中断，否则会触发13号中断(通用保护异常)。
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##### 10. ioapicinit
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12. binit 缓冲区缓存。binit会从一个静态数组buf中构建出一个有NBUF个元素的双向链表。所有对块缓冲的访问都通过链表而非静态数组。
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ioapicinit是对I/O APIC的初始化。它建立了中断到PRT的映射，然后把它们都屏蔽掉。随后由设备自己开启中断，并指定哪个处理器接收这个中断。
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13. fileinit初始化文件表。
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```
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for(i = 0; i <= maxintr; i++){
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ioapicwrite(REG_TABLE+2*i, INT_DISABLED | (T_IRQ0 + i));
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ioapicwrite(REG_TABLE+2*i+1, 0);
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}
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```
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14. ideinit初始化磁盘。首先，调用`ioapicenable`来打开最后一个CPU(ncpu-1)的IRQ_IDE中断。（在双处理器系统上，CPU1专门处理磁盘中断。）然后，调用`idewait`来等待磁盘接受命令。`idewait`通过0x1F7端口获取磁盘状态，直到IDE_BSY被清除以及IDE_DRDY被设置。最后，检查磁盘1是否存在。初始化完成后，xv6只能通过buffer cache调用`iderw`读写磁盘了。
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##### 11. consoleinit
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15. startothers启动其它处理器。
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初始化硬件：控制台。
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16. kinit2函数是使用了锁的物理页分配，使更多的内存可用于物理页分配。
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##### 12. uartinit
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17. userinit 初始化第一个用户进程。
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初始化硬件：串口。
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18. mpmain函数完成此处理器的设置，开启多处理器切换和进程调度。
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##### 13. pinit
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`idtinit`载入idt寄存器。
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初始化进程表。
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##### 14. tvinit
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在`trap.c`里实现`tvinit`函数(建立中断向量表)。`tvinit`函数通过宏SETGATE建立了中断向量表的256个表项，详见下表：
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| SETGATE参数 | 值 | 意义 |
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| ----------- | ------------ | -------------------------- |
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| gate | idt[i] | 中断向量表第i项 |
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| istrap | 0 | 中断类型，0：中断，1：陷阱 |
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| sel | SEG_KCODE<<3 | 段选择子 |
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| off | vectors[i] | 第i个中断例程的入口地址 |
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| d | 0 | 描述符特权级 |
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通过观察`vectors.S`可以发现所有的中断例程都指向了alltraps，所以个人认为在xv6里中断向量表并没有发挥它应有的作用，因为所有的中断都是在alltraps及其后的函数里处理的。中断向量表里每项默认的值：args是双字计数，只有在调用门中有意义，默认为0；rsvl是保留位，默认为0；s位固定为0；p描述符是否有效，默认为1。
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特别地，`tvinit`函数为系统调用T_SYSCALL进行了专门的设置：将istrap设置为1将它指定为一个陷阱门，陷阱门不会清除EFLAGS寄存器的IF位，这使得处理系统调用的时候也可以处理其它中断；将d设置为DPL_USER，这使得用户进程可以通过int指令产生一个内陷，因为xv6不允许进程用int来产生其它中断，否则会触发13号中断(通用保护异常)。
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##### 15. binit
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binit 缓冲区缓存。binit会从一个静态数组buf中构建出一个有NBUF个元素的双向链表。所有对块缓冲的访问都通过链表而非静态数组。
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##### 16. fileinit
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初始化文件表。
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##### 17. ideinit
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初始化磁盘。首先，调用`ioapicenable`来打开最后一个CPU(ncpu-1)的IRQ_IDE中断。（在双处理器系统上，CPU1专门处理磁盘中断。）然后，调用`idewait`来等待磁盘接受命令。`idewait`通过0x1F7端口获取磁盘状态，直到IDE_BSY被清除以及IDE_DRDY被设置。最后，检查磁盘1是否存在。初始化完成后，xv6只能通过buffer cache调用`iderw`读写磁盘了。
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##### 18. startothers
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启动其它处理器。
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##### 19. kinit2
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使用了锁的物理页分配，使更多的内存可用于物理页分配。
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##### 20. userinit
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初始化第一个用户进程。
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##### 21. mpmain
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完成此处理器的设置，开启多处理器切换和进程调度。
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`idtinit`载入idt寄存器。
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#### riscv架构
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@ -106,5 +146,82 @@ bootblock->entry.S->main.c
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文件位置：kernel/main.c，这是整个内核的总控函数。如果当前的核编号为0，则为主控核，执行一系列的硬件初始化工作，然后执行scheduler函数进入处理器调度。如果当前的核编号不为0，则初始化当前核的数据结构，然后执行scheduler函数进入处理器调度。
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##### 4. consoleinit函数
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文件位置：kernel/console.c，其作用是初始化控制台，它是printf函数的基础。
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首先初始化cons.lock。cons是控制台的数据结构，它包含了一个spinlock，一个128字节的buf，read、write、edit索引各一个。
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然后初始化uart。**TODO**：请解释uart的寄存器用法。
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最后设置devsw[CONSOLE]的read和write操作。consoleread和consolewrite实现对控制台的读和写，它们最终都是通过调用uart来实现其功能的。devsw[]是个数组，每一项都代表一个设备，比如devsw[CONSOLE]就代表了控制台，每项都是个数据结构，包含了read和write两种操作。
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##### 5. printfinit函数
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文件位置：kernel/printf.c，其作用是避免多个核调用printf函数引起输入输出的混乱，它是用自旋锁来实现这一功能的。
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这个函数所做的就是初始化printf函数的自旋锁。pr就是printf函数使用自旋锁的数据结构，它包含了一个自旋锁lock和自旋锁的状态标志locking。
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##### 6. printf函数
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文件位置：kernel/printf.c，向屏幕输出带有格式的字符串。printf依赖于consputc，consputc依赖于uartputc。
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##### 7. kinit函数
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文件位置：kernel/kalloc.c，分配物理内存。
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首先，初始化物理内存的自旋锁。kmem是物理内存的数据结构，它包含了一个自旋锁lock和一个单向链表freelist。
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然后，执行freerange函数，把内核之后直到128M的内存空间放到单向链表里，这样就可以通过链表来管理这些空闲内存了。
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##### 8. kvminit函数
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文件位置：kernel/vm.c，为内核创建页表并开启分页。
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##### 9. kvminithart
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开启分页。
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##### 10. procinit
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进程表。
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##### 11. trapinit
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trap向量。
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##### 12. trapinithart
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安装内核trap向量
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##### 13. plicinit
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设置中断控制器
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##### 14. plicinithuart
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为设备中断申请PLIC
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##### 15. binit
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buffer cache
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##### 16. iinit
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inode cache
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##### 17. fileinit
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文件表
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##### 18. virtio_disk_init
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虚拟出来的硬盘
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##### 19. userinit
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第一个用户进程。
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##### 20. __sync_synchronize
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##### 21. scheduler
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