启动流程

从 Makefile

$K/kernel: $(OBJS) $K/kernel.ld $U/initcode
	$(LD) $(LDFLAGS) -T $K/kernel.ld -o $K/kernel $(OBJS) 
	$(OBJDUMP) -S $K/kernel > $K/kernel.asm
	$(OBJDUMP) -t $K/kernel | sed '1,/SYMBOL TABLE/d; s/ .* / /; /^$$/d' > $K/kernel.sym

可以看出这里特地使用了链接脚本 kernel/kernel.ld 用于对 kenrel 进行额外的处理

OUTPUT_ARCH( "riscv" )
ENTRY( _entry )

SECTIONS
{
  /*
   * ensure that entry.S / _entry is at 0x80000000,
   * where qemu's -kernel jumps.
   */
  . = 0x80000000;

  .text : {
    *(.text .text.*)
    . = ALIGN(0x1000);
    _trampoline = .;
    *(trampsec)
    . = ALIGN(0x1000);
    ASSERT(. - _trampoline == 0x1000, "error: trampoline larger than one page");
    PROVIDE(etext = .);
  }

  .rodata : {
    . = ALIGN(16);
    *(.srodata .srodata.*) /* do not need to distinguish this from .rodata */
    . = ALIGN(16);
    *(.rodata .rodata.*)
  }

  .data : {
    . = ALIGN(16);
    *(.sdata .sdata.*) /* do not need to distinguish this from .data */
    . = ALIGN(16);
    *(.data .data.*)
  }

  .bss : {
    . = ALIGN(16);
    *(.sbss .sbss.*) /* do not need to distinguish this from .bss */
    . = ALIGN(16);
    *(.bss .bss.*)
  }

  PROVIDE(end = .);
}

这里它将入口函数设置为了 _entry，这个函数来自 kernel/entry.S，然后是合并一些段

entry.S：

.section .text
.global _entry
_entry:
        # set up a stack for C.
        # stack0 is declared in start.c,
        # with a 4096-byte stack per CPU.
        # sp = stack0 + (hartid * 4096)
        la sp, stack0
        li a0, 1024*4
        csrr a1, mhartid
        addi a1, a1, 1
        mul a0, a0, a1
        add sp, sp, a0
        # jump to start() in start.c
        call start
spin:
        j spin

之后它调用了 kernel/start.c 中的 start()

// entry.S jumps here in machine mode on stack0.
void
start()
{
  // set M Previous Privilege mode to Supervisor, for mret.
  unsigned long x = r_mstatus();
  x &= ~MSTATUS_MPP_MASK;
  x |= MSTATUS_MPP_S;
  w_mstatus(x);

  // set M Exception Program Counter to main, for mret.
  // requires gcc -mcmodel=medany
  w_mepc((uint64)main);

  // disable paging for now.
  w_satp(0);

  // delegate all interrupts and exceptions to supervisor mode.
  w_medeleg(0xffff);
  w_mideleg(0xffff);
  w_sie(r_sie() | SIE_SEIE | SIE_STIE | SIE_SSIE);

  // configure Physical Memory Protection to give supervisor mode
  // access to all of physical memory.
  w_pmpaddr0(0x3fffffffffffffull);
  w_pmpcfg0(0xf);

  // ask for clock interrupts.
  timerinit();

  // keep each CPU's hartid in its tp register, for cpuid().
  int id = r_mhartid();
  w_tp(id);

  // switch to supervisor mode and jump to main().
  asm volatile("mret");
}

这里是先做了一些 machine 模式执行的一些操作，在默认调用 mret 指令换到特权级别

能换到是因为函数最开始就把 mstatus 寄存器的值改成了特权级别对应的值，调用 mret 会将模式设置成 mstatus 寄存器记录的模式

由于之前将 main() 函数的地址写到了 mepc 寄存器中，所以最后会跳到 main() 函数做后续的初始化工作。

kernel/main.c 中存放了 main() 函数

void
main()
{
  if(cpuid() == 0){
    consoleinit();
    printfinit();
    printf("\n");
    printf("xv6 kernel is booting\n");
    printf("\n");
    kinit();         // physical page allocator
    kvminit();       // create kernel page table
    kvminithart();   // turn on paging
    procinit();      // process table
    trapinit();      // trap vectors
    trapinithart();  // install kernel trap vector
    plicinit();      // set up interrupt controller
    plicinithart();  // ask PLIC for device interrupts
    binit();         // buffer cache
    iinit();         // inode table
    fileinit();      // file table
    virtio_disk_init(); // emulated hard disk
    userinit();      // first user process
    __sync_synchronize();
    started = 1;
  } else {
    while(started == 0)
      ;
    __sync_synchronize();
    printf("hart %d starting\n", cpuid());
    kvminithart();    // turn on paging
    trapinithart();   // install kernel trap vector
    plicinithart();   // ask PLIC for device interrupts
  }

  scheduler();        
}

简单看，就是让第一个 CPU 核完成初始化工作，如果还有其他的 CPU 核心，就等第一个先完成系统初始化之后再说。

这里先不把所有初始化都做了什么挨个说一遍，先说系统的第一个进程 —— init 进程

init 是类 Unix 操作系统上的一个重要的进程，在操作系统启动时启动，负责系统服务等初始化工作

init 作为第一个启动的进程，是所有进程的祖先，PID 一般为 1，位于 /sbin/init 的位置下，不过现在一般都链接到 /lib/systemd/systemd，现在大多数的 Linux 发行版都使用了 systemd 作为 init 程序，非 systemd 的 init 现在基本没多少还在被使用的了，我印象中只有 openrc 和 BSD init （我其实不是很清楚 BSD 使用的 init 叫什么名字，反正默认不是用 systemd）

不比传统 init 进程所管理的范围，systemd 更加“现代化”，可管理的范围更大

启动 init 进程的工作就是初始化工作的最后一步 userinit()

// a user program that calls exec("/init")
// assembled from ../user/initcode.S
// od -t xC ../user/initcode
uchar initcode[] = {
  0x17, 0x05, 0x00, 0x00, 0x13, 0x05, 0x45, 0x02,
  0x97, 0x05, 0x00, 0x00, 0x93, 0x85, 0x35, 0x02,
  0x93, 0x08, 0x70, 0x00, 0x73, 0x00, 0x00, 0x00,
  0x93, 0x08, 0x20, 0x00, 0x73, 0x00, 0x00, 0x00,
  0xef, 0xf0, 0x9f, 0xff, 0x2f, 0x69, 0x6e, 0x69,
  0x74, 0x00, 0x00, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
  0x00, 0x00, 0x00, 0x00
};

// Set up first user process.
void
userinit(void)
{
  struct proc *p;

  p = allocproc();
  initproc = p;
  
  // allocate one user page and copy initcode's instructions
  // and data into it.
  uvmfirst(p->pagetable, initcode, sizeof(initcode));
  p->sz = PGSIZE;

  // prepare for the very first "return" from kernel to user.
  p->trapframe->epc = 0;      // user program counter
  p->trapframe->sp = PGSIZE;  // user stack pointer

  safestrcpy(p->name, "initcode", sizeof(p->name));
  p->cwd = namei("/");

  p->state = RUNNABLE;

  release(&p->lock);
}

xv6-riscv 中的 init 进程的启动部分被直接在硬编码在这里

根据注释，这段二进制数据根据 user/initcode.S 得来

# Initial process that execs /init.
# This code runs in user space.

#include "syscall.h"

# exec(init, argv)
.globl start
start:
        la a0, init
        la a1, argv
        li a7, SYS_exec
        ecall

# for(;;) exit();
exit:
        li a7, SYS_exit
        ecall
        jal exit

# char init[] = "/init\0";
init:
  .string "/init\0"

# char *argv[] = { init, 0 };
.p2align 2
argv:
  .quad init
  .quad 0

这段代码用于调用 SYS_exec 系统调用执行 init，init 在 user 目录下

char *argv[] = { "sh", 0 };

int
main(void)
{
  int pid, wpid;

  if(open("console", O_RDWR) < 0){
    mknod("console", CONSOLE, 0);
    open("console", O_RDWR);
  }
  dup(0);  // stdout
  dup(0);  // stderr

  for(;;){
    printf("init: starting sh\n");
    pid = fork();
    if(pid < 0){
      printf("init: fork failed\n");
      exit(1);
    }
    if(pid == 0){
      exec("sh", argv);
      printf("init: exec sh failed\n");
      exit(1);
    }

    for(;;){
      // this call to wait() returns if the shell exits,
      // or if a parentless process exits.
      wpid = wait((int *) 0);
      if(wpid == pid){
        // the shell exited; restart it.
        break;
      } else if(wpid < 0){
        printf("init: wait returned an error\n");
        exit(1);
      } else {
        // it was a parentless process; do nothing.
      }
    }
  }
}

init 实现的也很简单，就是准备一下环境，之后 fork 一个进程执行 sh，之后等那个进程返回后就退出。