线程的创建

接下来，我们的第一个目标就是创建一个线程并且让他运行起来。一个线程要开始运行，需要这些准备工作：

建立页表映射，需要包括以下映射空间：
- 线程所执行的一段指令
- 线程执行栈
- 操作系统的部分内存空间
设置起始执行的地址
初始化各种寄存器，比如 sp
可选：设置一些执行参数（例如 argc 和 argv等）

思考：为什么线程即便与操作系统无关，也需要在内存中映射操作系统的内存空间呢？

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当发生中断时，需要跳转到 stvec 所指向的中断处理过程。如果操作系统的内存不在页表之中，将无法处理中断。

当然，也不是所有操作系统的代码都需要被映射，但是为了实现简便，我们会为每个进程的页表映射全部操作系统的内存。而由于这些页表都标记为内核权限（即 U 位为 0），也不必担心用户线程可以随意访问。

执行第一个线程

因为启动线程需要修改各种寄存器的值，所以我们又要使用汇编了。不过，这一次我们只需要对 interrupt.asm 稍作修改就可以了。

在 interrupt.asm 中的 __restore 标签现在就能派上用途了。原本这段汇编代码的作用是将之前所保存的 Context 恢复到寄存器中，而现在我们让它使用一个精心设计的 Context，就可以让程序在恢复后直接进入我们的新线程。

首先我们稍作修改，添加一行 mv sp, a0。原本这里是读取之前存好的 Context，现在我们让其从 a0 中读取我们设计好的 Context。这样，我们可以直接在 Rust 代码中调用 __restore(context)。

os/src/interrupt/interrupt.asm

__restore:
    mv      sp, a0  # 加入这一行
    # ...

那么我们需要如何设计 `Context` 呢？

通用寄存器
- sp：应当指向该线程的栈顶
- a0-a7：按照函数调用规则，用来传递参数
- ra：线程执行完应该跳转到哪里呢？在后续系统调用章节我们会介绍正确的处理方式。现在，我们先将其设为一个不可执行的地址，这样线程一结束就会触发页面异常
sepc
- 执行 sret 指令后会跳转到这里，所以 sepc 应当存储线程的入口地址（执行的函数地址）
sstatus
- spp 位按照用户态或内核态有所不同
- spie 位为 1

[info] sstatus 标志位的具体意义

spp：中断前系统处于内核态（1）还是用户态（0）

sie：内核态是否允许中断。对用户态而言，无论 sie 取何值都开启中断

spie：中断前是否开中断（用户态中断时可能 sie 为 0）

硬件处理流程

在中断发生时，系统要切换到内核态。此时，切换前的状态会被保存在 spp 位中（1 表示切换前处于内核态）。同时，切换前是否开中断会被保存在 spie 位中，而 sie 位会被置 0，表示关闭中断。

在中断结束，执行 sret 指令时，会根据 spp 位的值决定 sret 执行后是处于内核态还是用户态。与此同时，spie 位的值会被写入 sie 位，而 spie 位置 1。这样，特权状态和中断状态就全部恢复了。

为何如此繁琐？

特权状态：
中断处理流程必须切换到内核态，所以中断时需要用 spp 来保存之前的状态。
回忆计算机组成原理的知识，sret 指令必须同时完成跳转并切换状态的工作。

中断状态：
中断刚发生时，必须关闭中断，以保证现场保存的过程不会被干扰。同理，现场恢复的过程也必须关中断。因此，需要有以上两个硬件自动执行的操作。
由于中断可能嵌套，在保存现场后，根据中断的种类，可能会再开启部分中断的使能。

设计好 Context 之后，我们只需要将它应用到所有的寄存器上（即执行 __restore），就可以切换到第一个线程了。

os/src/main.rs: rust_main()

extern "C" {
    fn __restore(context: usize);
}
// 获取第一个线程的 Context，具体原理后面讲解
let context = PROCESSOR.lock().prepare_next_thread();
// 启动第一个线程
unsafe { __restore(context as usize) };
unreachable!()

为什么 `unreachable`

我们直接调用的 __restore 并没有 ret 指令，甚至 ra 都会被 Context 中的数值直接覆盖。这意味着，一旦我们执行了 __restore(context)，程序就无法返回到调用它的位置了。注：直接 jump 是一个非常危险的操作。

但是没有关系，我们也不需要这个函数返回。因为开始执行第一个线程，意味着操作系统的初始化已经完成，再回到 rust_main() 也没有意义了。甚至原本我们使用的栈 bootstack，也可以被回收（不过我们现在就丢掉不管吧）。

在启动时不打开中断

现在，我们会在线程开始运行时开启中断，而在操作系统初始化的过程中是不应该有中断的。所以，我们删去之前设置「开启中断」的代码。

os/interrupt/timer.rs

/// 初始化时钟中断
///
/// 开启时钟中断使能，并且预约第一次时钟中断
pub fn init() {
    unsafe {
        // 开启 STIE，允许时钟中断
        sie::set_stimer();
        // （删除）开启 SIE（不是 sie 寄存器），允许内核态被中断打断
        // sstatus::set_sie();
    }
    // 设置下一次时钟中断
    set_next_timeout();
}

小结

为了执行一个线程，我们需要初始化所有寄存器的值。为此，我们选择构建一个 Context 然后跳转至 interrupt.asm 中的 __restore 来执行，用这个 Context 来写入所有寄存器。

思考

__restore 现在会将 a0 寄存器视为一个 *mut Context 来读取，因此我们在执行第一个线程时只需调用 __restore(context)。

那么，如果是程序发生了中断，执行到 __restore 的时候，a0 的值又是谁赋予的呢？

线程的创建