7.1 多路复用

Xv6通过在两种情况下将每个CPU从一个进程切换到另一个进程来实现多路复用（Multiplexing）。第一：当进程等待设备或管道I/O完成，或等待子进程退出，或在sleep系统调用中等待时，xv6使用睡眠（sleep）和唤醒（wakeup）机制切换。第二：xv6周期性地强制切换以处理长时间计算而不睡眠的进程。这种多路复用产生了每个进程都有自己的CPU的错觉，就像xv6使用内存分配器和硬件页表来产生每个进程都有自己内存的错觉一样。

实现多路复用带来了一些挑战。首先，如何从一个进程切换到另一个进程？尽管上下文切换的思想很简单，但它的实现是xv6中最不透明的代码之一。第二，如何以对用户进程透明的方式强制切换？Xv6使用标准技术，通过定时器中断驱动上下文切换。第三，许多CPU可能同时在进程之间切换，使用一个用锁方案来避免争用是很有必要的。第四，进程退出时必须释放进程的内存以及其他资源，但它不能自己完成所有这一切，因为（例如）它不能在仍然使用自己内核栈的情况下释放它。第五，多核机器的每个核心必须记住它正在执行哪个进程，以便系统调用正确影响对应进程的内核状态。最后，sleep允许一个进程放弃CPU，wakeup允许另一个进程唤醒第一个进程。需要小心避免导致唤醒通知丢失的竞争。Xv6试图尽可能简单地解决这些问题，但结果代码很复杂。