Operating System Organization
User mode and supervisor mode
为了实现进程隔离，RISC-V CPU在硬件上提供3种执行命令的模式：machine mode, supervisor mode, user mode。
machine mode的权限最高，CPU以machine mode启动，machine mode的主要目的是为了配置电脑，之后立即切换到supervisor mode。supervisor mode运行CPU执行privileged instructions，比如中断管理、对存储页表地址的寄存器进行读写操作、执行system call。运行在supervisor mode也称为在kernel space中运行。- 应用程序只能执行
user mode指令，比如改变变量、执行util function。运行在user mode也称为在user space中运行。要想让CPU从user mode切换到supervisor mode，RISC-V提供了一个特殊的ecall指令，要想从supervisor mode切换到user mode，调用sret指令
Kernel organization
monolithic kernel：整个操作系统在kernel中，所有system call都在supervisor mode下运行。xv6是一个monolithic kernel
micro kernel：将需要运行在supervisor mode下的操作系统代码压到最小，保证kernel内系统的安全性，将大部分的操作系统代码执行在user mode下。
文件系统是一个user-level的进程，为其他进程提供服务，因此也叫做server
Process
隔离的单元叫做进程，一个进程不能够破坏或者监听另外一个进程的内存、CPU、文件描述符，也不能破坏kernel本身。
为了实现进程隔离，xv6提供了一种机制让程序认为自己拥有一个独立的机器。一个进程为一个程序提供了一个私有的内存系统，或address space，其他的进程不能够读/写这个内存。xv6使用page table(页表)来给每个进程分配自己的address space，页表再将这些address space，也就是进程自己认为的虚拟地址(virtual address)映射到RISC-V实际操作的物理地址(physical address)
虚拟地址从0开始，往上依次是指令、全局变量、栈、堆。RISC-V上的指针是64位的，xv6使用低38位，因此最大的地址是。
进程最重要的内核状态：1. 页表 p->pagetable 2. 内核堆栈p->kstack 3. 运行状态p->state，显示进程是否已经被分配、准备运行/正在运行/等待IO或退出每个进程中都有线程(thread)，是执行进程命令的最小单元，可以被暂停和继续。
每个进程有两个堆栈：用户堆栈(user stack)和内核堆栈(kernel stack)。当进程在user space中进行时只使用用户堆栈，当进程进入了内核(比如进行了system call)使用内核堆栈.
Starting the first process
RISC-V启动时，先运行一个存储于ROM中的bootloader程序kernel.ld来加载xv6 kernel到内存中，然后在machine模式下从_entry开始运行xv6。bootloader将xv6 kernel加载到0x80000000的物理地址中，因为前面的地址中有I/O设备。
在_entry中设置了一个初始stack，stack0来让xv6执行kernel/start.c。在start函数先在machine模式下做一些配置，然后通过RISC-V提供的mret指令切换到supervisor mode，使program counter切换到kernel/main.c。
main先对一些设备和子系统进行初始化，然后调用kernel/proc.c中定义的userinit来创建第一个用户进程。这个进程执行了一个initcode.S的汇编程序，这个汇编程序调用了exec这个system call来执行/init，重新进入kernel。exec将当前进程的内存和寄存器替换为一个新的程序(/init)，当kernel执行完毕exec指定的程序后，回到/init进程。/init(user/init.c)创建了一个新的console device以文件描述符0,1,2打开，然后在console device中开启了一个shell进程，至此整个系统启动了。
