第二章 操作系统架构

操作系统的一个关键要求是同时支持多个活动。例如，使用第1章中描述的系统调用接口，一个进程可以用fork启动新进程。操作系统必须在这些进程之间分时使用计算机资源。例如，即使进程比硬件处理器多，操作系统也必须确保所有进程都有机会执行。操作系统还必须安排进程之间的隔离。也就是说，如果一个进程有错误和故障，它不应该影响不依赖于有错误的进程的进程。然而，完全隔离又太过头了，进程之间应当可以进行刻意为之的交互；管道就是一个例子。因此，操作系统必须满足三个要求：多路复用、隔离和交互。

本章概述了如何组织操作系统来实现这三个要求。事实证明，有很多方法可以做到这一点，但是本文侧重于以宏内核为中心的主流设计，许多Unix操作系统都使用这种内核。本章还概述了xv6进程（它是xv6中的隔离单元）以及xv6启动时第一个进程的创建。

Xv6运行在多核RISC-V微处理器上，它的许多低级功能（例如，它的进程实现）是特定于RISC-V的。RISC-V是一个64位的中央处理器，xv6是用基于“LP64”的C语言编写的，这意味着C语言中的long（L）和指针（P）变量都是64位的，但int是32位的。这本书假设读者已经在一些架构上做了一些机器级编程，并将在出现时介绍RISC-V特定的想法。RISC-V的一个有用的参考文献是《The RISC-V Reader: An Open Architecture Atlas》。用户级ISA和特权指令架构均是官方规范。

完整计算机中的CPU被支撑硬件包围，其中大部分是以I/O接口的形式。Xv6是以qemu的“-machine virt”选项模拟的支撑硬件编写的。这包括RAM、包含引导代码的ROM、一个到用户键盘/屏幕的串行连接，以及一个用于存储的磁盘。