Areos引导机制
- 首先进入
axhal中平台架构的boot程序的_start函数，参数为OpenSBI传入的两个参数，一个是hartid用于识别CPU，一个是dtb_ptr传入DTB的指针。 - 然后会建立栈用于函数调用，准备页表启动MMU分页机制，后即可进入Rust。
然后进入axruntime初始化应用运行时的环境，即根据feature条件编译各组件框架
启用页表机制
SBI配置FW_TEXT_START，BIOS负责把SBI加载到内存的起始位置
0x8000 0000存放SBI，SBI会跳转到以0x8020 0000起始的内核代码，存放.bss、.data、.rodata、.text段。
axhal中的linker_riscv64-qemu-virt.lds指导rust的链接器来实现段布局
一阶段：即上面提到_start函数中的初始化MMU，将物理地址空间恒等映射，再添偏移量。
二阶段：重建映射，一阶段的映射并没有添加权限进行管理。若启用”paging”的feature，首先会调用axmm中的init_memory_management()，进行创建内核空间(new_kernel_aspace())，将根页表地址写入stap寄存器(axhal::paging::set_kernel_page_table_root)。
多任务
启用”multitask”的feature，执行axtask::init_scheduler(),会进行就绪队列的初始化，以及系统timers的初始化。
- 就绪队列的初始化：初始化系统任务idle、main、gc
- main为主任务，其他任务均为其子任务
- idle，其他任务都阻塞时会执行它
- gc，除main之外的任务退出后，将由gc负责回收清理
调度算法
CFS
“init_vruntime”在os启动调度的时候决定调度顺序，”nice”则是优先级，优先级越大”vruntime”增长越慢，从而达到高优先。
当时间片结束后，当前任务将被为设为可抢占，当前任务释放控制权，加入就绪队列。并且如果外部条件满足抢占，则会将就绪队列中的队首弹出并切换到该任务
宏内核
m_1_0启动
- 首先为应用创建独立的用户地址空间。
axmm::new_user_aspace
- 将应用程序代码加载到地址空间。
load_user_app
- 初始化用户栈
init_user_stack
- spawn创建用户任务，以用户地址空间及应用入口、用户栈为参数
task::spawn_user_task
- 当前任务释放CPU，使用户任务运行
user_task.join
用户空间
页表管理内核地址空间和用户地址空间
内核地址空间只有高端（高地址）存放内核代码数据
用户地址空间高端存放内核，但这部分的页表项设为用户不可见，只有陷入内核态之后才能访问。低端地址存放应用
每个用户地址空间高端的内核均相同，只有存放应用的区域不同
地址空间后端Backend：
Linear：目标物理地址空间已经存在，直接建立映射关系，物理页帧必须连续
Alloc：仅建立空映射，当真正被访问时将会触发缺页异常，然后在缺页响应函数内部完成物理页帧的申请和补齐映射，也就是Lazy方式。物理页帧通常情况下不连续
ELF格式应用加载
代码段加载无偏移。
数据段加载到虚拟地址空间分为.data、.bss。但.bss在ELF文件中为节省空间紧凑存储不做存放，仅做标记位置和长度。内核直接预留空间并清零
缺页异常
当发生缺页异常时，由aspace的handle_page_fault来完成对物理页帧的申请与映射
首先检查发生页面错误的虚拟地址 vaddr 是否在当前虚拟地址范围 va_range 内。
然后找到vaddr的区域area，进入area的后端，缺页异常通常由后端Alloc的Lazy策略造成，故进入Alloc分支调用handle_page_fault_alloc对页表remap完成页表映射
Hypervisor
虚拟化基于RISCV64的S特权级的H扩展，Host将在HS特权级下进行VM_ENTRY以及VM_EXIT
S特权模式进行H扩展后，原有的s[xxx]寄存器组作用不变，将新增hs[xxx]和vs[xxx]
- hs[xxx]寄存器组的作用：面向Guest进行路径控制
- vs[xxx]寄存器组的作用：直接操纵Guset域中的VS，为其准备或设置状态
设置hstatus的SPV位（指示特权级模式的来源，1为VS，0为U）SPVP位（指示HS对V模式下地址空间是否由操作权限）
启动Guest之前，设置Guest的sstatus，设置初始特权级为Supervisor
设置sepc为OS启动入口地址VM_ENTRY，地址为0x8020 0000
run_guest切换：保存Host上下文，将Guest上下文（第一次切换为伪造的上下文）载入寄存器组
VM_EXIT返回Host：保存Guest上下文，将Host上下文载入寄存器组
Guest和Host地址空间
Hypervisor负责基于Host物理地址空间HPA面向Guest映射Guest物理地址空间GPA
Guest会认为GPA是实际的物理地址空间，它基于satp映射内部的GVA虚拟空间
启用RISC64指令集的G扩展：
- 引入vsatp用于第一阶段的页表翻译，即将Guest的虚拟地址空间映射为Guest的物理地址空间
- 引入hgatp用于第二阶段的页表翻译，即将Guest的物理地址空间映射到Host的物理地址空间
虚拟机物理地址空间布局
低端区域留给设备空间和DMA
0x8000 0000在Host中是存放SBI的，但是虚拟机没有M模式，是无法访问SBI，所以这部分进行保留
0x8020 0000存放内核
高于内核的地址用作物理内存区
Hypervisor主逻辑
- 准备VM的资源：VM地址空间和单个vCPU
- 切换到进入Guest的代码
- 响应VM_EXIT各种原因的代码
实现流程：
- 创建地址空间 为目标虚拟机创建物理地址空间 axmm
- 建立区域布局 在地址空间中为Guest内核和设备建立区域 axmm
- 加载内核 把Guest内核Image加载到内核区域 axmm, axfs
- 初始化vCPU 把vCPU的启动入口设置为Guest内核入口，同时设置EPT页表地址
最后在Host和Guest环境循环切换，支持虚拟机持续运行
VCPU的准备：
- 通过
set_entry（VM_ENTRY）设置sepc来配置入口地址0x8020 0000 - 通过
set_ept_root向hgatp设置模式（SV39）和根页表的页帧
axruntime和axhal时钟中断处理
axhal::irq::register_handler 通过update_timer在中断向量表中注册对应的中断响应函数，更新时钟。然后axtask::on_timer_tick()触发定时任务