xv6 系统启动过程

本文主要是介绍xv6 系统启动过程，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1、硬件上电

硬件上电后，将会运行一个只读的boot loader 程序，这个程序会将xv6的内核加载进内存中。
程序将会被加载到物理地址0x80000000处，前面的物理地址被IO设备占用。

2、执行 entry 代码

进入机器模式，xv6将从 entry 处开始执行。

//kernel/_entry.S1         # qemu -kernel loads the kernel at 0x800000002         # and causes each hart (i.e. CPU) to jump there.3         # kernel.ld causes the following code to4         # be placed at 0x80000000.5 .section .text6 .global _entry7 _entry:8         # set up a stack for C.9         # stack0 is declared in start.c,10         # with a 4096-byte stack per CPU.11         # sp = stack0 + (hartid * 4096)12         la sp, stack013         li a0, 1024*414         csrr a1, mhartid15         addi a1, a1, 116         mul a0, a0, a117         add sp, sp, a018         # jump to start() in start.c19         call start20 spin:21         j spin

• entry 将设置一个栈stack0以供xv6运行C代码
• csrr a1, mhartid，//将当前硬件线程的 ID（hartid）加载到寄存器 a1 中。mhartid 是 RISC-V 中的一个特权级 CSR（Control and Status Register）寄存器，用于获取硬件线程 ID。
• addi a1, a1, 1，这行代码将寄存器 a1 中的值增加 1。
• mul a0, a0, a1，这行代码将寄存器 a0 中的值与寄存器 a1 中的值相乘，结果保存在寄存器 a0 中。
• add sp, sp, a0，这行代码将栈指针 sp 向上移动，移动的距离是寄存器 a0 中的值。

3、entry 跳转到/kernel/start.c

执行start()函数，该函数执行一些机器模式下的配置任务。

 19 // entry.S jumps here in machine mode on stack0.20 void21 start()22 {23   // set M Previous Privilege mode to Supervisor, for mret.24   unsigned long x = r_mstatus();  //读取状态25   x &= ~MSTATUS_MPP_MASK;      //将 `x` 中表示 Previous Privilege Mode 的位清零。26   x |= MSTATUS_MPP_S;          //将 `x` 中表示 Previous Privilege Mode 的位设置为 Supervisor Mode。27   w_mstatus(x);                //将修改后的状态值写回 `mstatus` CSR 寄存器。2829   // set M Exception Program Counter to main, for mret.30   // requires gcc -mcmodel=medany31   w_mepc((uint64)main); //将 `main` 函数的地址写入 Exception Program Counter (EPC) 寄存器，以便在异常处理完成后跳转到 `main` 函数执行。3233   // disable paging for now.34   w_satp(0);   //将页表寄存器（SATP）设置为零，暂时禁用分页机制。3536   // 将所有的中断和异常委托给 Supervisor Mode 处理。37   w_medeleg(0xffff);38   w_mideleg(0xffff);39   w_sie(r_sie() | SIE_SEIE | SIE_STIE | SIE_SSIE);4041   // configure Physical Memory Protection to give supervisor mode42   // access to all of physical memory.43   w_pmpaddr0(0x3fffffffffffffull);44   w_pmpcfg0(0xf);4546   // ask for clock interrupts.初始化时钟中断。47   timerinit();4849   // keep each CPU's hartid in its tp register, for cpuid().50   int id = r_mhartid();51   w_tp(id);5253   // switch to supervisor mode and jump to main().54   asm volatile("mret"); //执行 `mret` 汇编指令，将处理器从机器模式切换到 supervisor 模式，并跳转到 `main()` 函数执行。55 }

4、start函数跳转到/kernel/main.c

main执行一些初始化工作

  9 // start() jumps here in supervisor mode on all CPUs.10 void11 main()12 {13   if(cpuid() == 0){14     consoleinit();15     printfinit();16     printf("\n");17     printf("xv6 kernel is booting\n");18     printf("\n");19     kinit();         // physical page allocator20     kvminit();       // create kernel page table21     kvminithart();   // turn on paging22     procinit();      // process table23     trapinit();      // trap vectors24     trapinithart();  // install kernel trap vector25     plicinit();      // set up interrupt controller26     plicinithart();  // ask PLIC for device interrupts27     binit();         // buffer cache28     iinit();         // inode table29     fileinit();      // file table30     virtio_disk_init(); // emulated hard disk31     userinit();      // 产生第一个用户进程，第一个进程执行用RISCV汇编写的，将产生第一个系统调用initcode.S32     __sync_synchronize();  //同步内存，确保之前的操作在多核环境中可见。33     started = 1;   //代表前述初始化完成34   } else {35     while(started == 0)  //等待初始化完成36       ;37     __sync_synchronize(); 38     printf("hart %d starting\n", cpuid());39     kvminithart();    // turn on paging40     trapinithart();   // install kernel trap vector41     plicinithart();   // ask PLIC for device interrupts42   }4344   scheduler();   //进入调度器，开始调度进程。45 }

5、main函数跳转到/user/initcode.S

首先准备好执行 /init 程序的参数，然后调用 exec 系统调用执行 /init。(即执行sys_exec系统调用)

  1 # Initial process that execs /init.2 # This code runs in user space.34 #include "syscall.h"56 # exec(init, argv)7 .globl start    //定义全局标签 `start`，表示程序的入口点。8 start:9         la a0, init   //将字符串 `/init` 的地址加载到寄存器 `a0` 中。10         la a1, argv   //将参数数组 `argv` 的地址加载到寄存器 `a1` 中。11         li a7, SYS_exec  //将 `exec` 系统调用编号加载到寄存器 `a7` 中。12         ecall   //触发系统调用 `exec`，执行 `/init` 程序。1314 # for(;;) exit();15 exit:16         li a7, SYS_exit  //将 `exit` 系统调用编号加载到寄存器 `a7` 中。17         ecall    //触发系统调用 `exit`，退出当前进程。18         jal exit   //跳转并链接到 `exit` 标签，形成一个无限循环以防止进程返回到调用者。1920 # char init[] = "/init\0";21 init:   //定义字符串 `init`：22   .string "/init\0"2324 # char *argv[] = { init, 0 };25 .p2align 226 argv:   //定义参数数组 `argv`：27   .long init28   .long 0

6、initcode.S跳转到/kernel/syscall.c

（sys_exec系统调用)

//syscall.h#define SYS_exec    7
//syscall.c
[SYS_exec]    sys_exec,extern uint64 sys_exec(void);

//通过defs.h 查找，可知位于exec.c文件中26 // exec.c27 int             exec(char*, char**);

7、syscall.c跳转到/kernel/exec.c

• exec() 函数的作用是在当前进程的上下文中执行一个新的程序。具体来说，exec() 会用指定的程序替换当前进程的地址空间，包括代码段、数据段、堆和栈，从而执行新的程序。

8、exec.c返回到/user/init.c

• exec()结束后，将返回到 /init进程（user/init.c)（若有需要产生一个新的控制台设备文件并以描述符0，1，2打开这个文件）
• 最后在控制台上启动shell

系统启动完成

这篇关于xv6 系统启动过程的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

---