操作系统清华向勇陈渝（RISC-V）（2）---操作系统与系统结构和程序设计语言

操作系统与系统结构
操作系统与程序设计语言
的关系。

1. 从OS角度看计算机系统

操作系统是为了高效。

程序之间进行隔离，是需要虚拟内存和特权模式。

CPU内部，六级流水。
CPU外部有与总线的接口。

特权指令只能在特权模式下执行，靠中断机制进入特权模式。

虚拟内存，说起来很简单，
你的实际地址空间和物理地址空间，加了一层转换。
每个进程有个自己的页表。

快表，页表的缓存。

会有多级页表。

特权级

内核模式和用户模式。
用户程序运行在用户态。
储户和银行工作人员通过柜台隔离。
如何转换？用中断

每条指令间隙都检查是否有中断请求。

中断处理程序对中断进行响应。

虚拟存储+特权级实现两个并发进程的隔离。
（操作系统的高效执行和安全执行，需要系统结构给予支持）

1. 从OS角度看RISC-V

从操作系统角度看，RISC-V CPU和其他CPU有什么区别和联系？

ISA，软件硬件接口。

进程管理和调度–CPU
存储管理–内存高速缓存
文件—磁盘
IO—外设

ARM和Intel最重要区别是低功耗。

技术角度看

X86里，CPU分成4个特权级。0 1 2 3
RISC-V里，分成 U S H M四种。

虚拟存储和x86类似

不一样在

高特权模式下的软件授权低特权模式软件处理中断

3. Rust语言与系统编程

C出现之后，很长一段时间，C是内核开发最主要的语言。
写内核需要什么样的语言？
一定要有一些需要汇编写。涉及到混合编程。混合之间转换的问题。
设计一个新的语言有可能吗？？又涉及一门新学科

构造底层软件，并为上层其他语言使用，提供平台。

门槛高，后期bug有好处。

要自己写一部分汇编程序，

函数调用，就是一个跳转。

某些优化会导致程序行为不一致。

函数调用栈。

4. RISC-V CPU启动

通常CPU启动，是要查看手册，查看系统加电之后的状态，把你的程序放在指定位置来启动。

在模拟器中做，在模拟器中查相关信息。
基于模拟器方便我们开发。

加电后，初始中断向量

后，确定状态的设置。

对内存初始化。
中断控制器，串口，DRAM。PCIE等等，扳级设备初始化设置。

CPU完成初始化，内存完成初始化。

start_addr 你所在指令的位置。

4. RISC-V CPU启动进一步分析

操作系统是管理和控制整个硬件，硬件在加电之后，就开始应该逐步被操作系统接管。
怎么接管？需要了解，这样我们才能更清楚我们更好更有效的管理硬件。

分析一个系统有两个层面事情，一个静态分析，一个动态分析。
静态，看代码，分析
动态，模拟器跑起来。调试。
CPU加电之后，要重启，热启动的过程。
会有一系列状态初始化。
当硬件期待只有有四个特权级
在M特权模式。
然后屏蔽了中断
然后让PC指向了一个起始地址在0x1000
初始化过程中，还有设置相关寄存器、
0x1000是 MROM这个位置，最开始执行的代码
完成CPU初始化之后，完成板级初始化。
进入到0x8000 0000 DRAM
然后运行OPENSBI 是RISC-V的BootLoader