十九、Xv6上下文切换（上下文切换的实现；状态机的封装与恢复）

一、处理器虚拟化

为什么死循环不能使得计算机彻底卡死？

原理上：

1、硬件会发生中断（类似于“强行插入”的ecall（rics-v的系统调用，类似与x86的syscall））

2、切换到操作系统代码执行

3、操作系统代码可以切换到另一个进程执行

协程库：

co_yield(); //切换协程

二、虚拟化：状态机管理

寄存器组（$x0...$x31,$pc）,物理内存只有一份

1、寄存器虚拟化：将寄存器状态保存至内存

2、内存虚拟化：$satp的数据结构(Supervisor Address Translation and Protection Register,supervisor模式下的地址翻译和保护寄存器)

操作系统代码最重要的 invariant(单处理器)

1、操作系统开始处理系统调用/中断，所有进程的状态都将被保存至内存

struct page{int prot, void *va, *pa;}
struct proc
{
    uint64_t x1, x2, ..., x31;
    struct page pages[MAXPAGS];
};

（1）保存

把 x1, x2, ..., x31保存到当前的proc即可

（2）恢复

把pags送到$stap对应的数据结构里

三、状态封存：体系结构相关处理

x86-64

1、中断/异常会伴随堆栈切换

（1）通过TSS指定一个”内核栈“

中断前的寄存器保存在堆栈上（典型的CISC行为）

xv6（不限于RISC-V）

1、把进程的trap trame分配到固定地址（通过$stap）

（1）trap frame保存到$sscratch

2、保存完毕后切换到内核线程执行（包括堆栈切换）