xv6 lec9 Interrupts

记录问题 https://mit-public-courses-cn-translatio.gitbook.io/mit6-s081/lec09-interrupts/9.1-memory-in-real-os

9.1 真实操作系统内存使用情况

管理设备的代码称为设备驱动
驱动代码分为top/bottom两个部分
- bottom一般是Interrupt handler,处理中断
- top用来作为用户进程，或者是内核其他部分的接口
驱动代码存在着一些队列(buffer)，top部分可以从队列中读数据，bottom可以从队列中写数据，这种buffer可以使得设备与CPU解耦并行工作。
os通过load/sotre指令对设备的控制寄存器进行读写，来控制设备，通过memory mapped I/O完成对于控制寄存器的编程。
UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)设备有多个控制寄存器，其中000号寄存器是读写寄存器，比如键盘输入的一个字节可以放到该寄存器上，那么驱动代码就可以读这个数据

RISC-V中与中断相关的寄存器:
- SIE（Supervisor Interrupt Enable）寄存器, 其中一个bit(E)用于针对UART这种外部设备的中断，还有一个bit(S)用于针对软件中断，还有个bit(T)针对于定时器中断。
- SSTATUS（Supervisor Status）寄存器。有一个bit用来控制所有中断。
- SIP（Supervisor Interrupt Pending）寄存器。当发生中断时，处理器可以通过查看这个寄存器知道当前是什么类型的中断。
- SCAUSE寄存器，它会表明当前状态的原因是中断。
- STVEC寄存器，它会保存当trap，page fault或者中断发生时，CPU运行的用户程序的程序计数器，这样才能在稍后恢复程序的运行。
start()函数把所有中断设置在Supervisor mode，然后设置SIE寄存器来接收External，软件和定时器中断，之后初始化定时器
main()函数处理external 中断，先是consoleinit(),其中调用了uartinit函数，这个函数配置号UART芯片，使其可以被使用
还需要初始化plic，其中表示plic使能了UART中断与IO磁盘中断
还需要对于每个CPU使能相关中断，表示每个CPU对哪些中断感兴趣，并设置优先级，这里忽略优先级的设置
main函数最后调用scheduler函数来运行进程，scheduler函数中调用intr_on使能中断intr_on就只是设置SSTATUS寄存器，打开中断标志位

init.c的main函数是系统启动后的第一个进程，其中文件描述符被绑定到了console，stdout，stderr
可以将consolewrite当作UART驱动的top部分
对于uartputc函数存在着一个可以读写的大小为32个字符的buffer，同时还存在为consumer提供的读指针与为producer提供的写指针，如果buffer满了，当前进程就sleep，之后调用uartstart函数去通知设备执行操作，也就是当前主板上的uart
uartstart函数一开始去检查buffer是否不为空，以及设备是否空闲，之后从buffer中读取数据，并放到THR中，这里相当于告诉设备，我这里有一个字节需要你来发送。一旦数据送到了设备，系统调用会返回，用户应用程序Shell就可以继续执行

硬件中断中的并发：
- 设备与CPU并行。UART向Console发送字符，CPU可以在这个时候继续执行Shell，而Shell可能会再执行一次系统调用，向buffer中写入另一个字符，这些都是在并行的执行。这里的并行称为producer-consumer并行。
- 中断会停止当前运行的程序。
- 驱动的top与bottom是并行运行的，也就是说一个CPU可以去调用write系统调用去写buffer，而同时另一个CPU核收到UART的中断，去执行bottom，也就是读buffer，所以需要通过??保证buffer被并行访问。

console也有一个buffer，之前Shell打印完$ 之后便睡眠了，当用户在键盘上输入譬如l,这会导致l被发送到主板上的UART芯片上，产生中断，PLIC路由到某个CPU核，触发devintr，获取到字符，传递给consoleintr函数通过consputc回显给用户，并存储在cons.buf
中当遇到换行符，唤醒Shell程序，Shell从console的buffer中读取数据