【RISC-V】《从头写一个RISC-V OS》课程笔记

最近在入坑 RISC-V 的操作系统开发，准备跟着教程走一下，顺便把不太懂的东西都记录一下。

课程 Github 主页：https://github.com/plctlab/riscv-operating-system-mooc
课程 Bilibili 主页：https://www.bilibili.com/video/BV1Q5411w7z5/

基础知识

一、GCC 的命令参数

gcc -c # 只激活预处理,编译,和汇编
    -S # 只激活预处理,编译
    -E # 只激活预处理
    -C # 预处理时不删除注释信息
    -o # 指定输出的可执行文件名称
    -std # 指定使用的 C 或者 C++ 标准
    -g # 生成调试信息
    -O # 优化代码

参考文章：
[1] GCC 参数详解

二、readelf 的命令参数

readelf -S hello.o # 显示头信息
        -a ...  # 显示全部信息
        -h ...  # 显示 elf 文件开始的文件头信息
        -l ...  # 显示程序头信息
        -g ...  # 显示节组信息
        -t ...  # 显示节的详细信息，-S 的详细信息

参考文章：
[1] readelf 全栈开发速查表

三、objdump 的命令参数

objdump -S -d hello.o # 反汇编出源代码
        -d # 从 objfile 中反汇编那些特定指令机器码的 section
        -D # 与 -d 类似，但反汇编所有 section
        -t # 一般查看 elf 文件中各个变量都在哪个段就用这个

参考文章：
[1] objdump 全栈开发速查表

四、Linux 段管理

一、BSS 段（Block Started by Symbol）
BSS 段包含了程序中未初始化的全局变量，在内存中 bss段全部置零。

二、Data 段
数据段用来存放可执行文件中已初始化全局变量，换句话说就是存放程序静态分配的变量和全局变量。【静态分配内存就是编译器在编译程序的时候根据源程序来分配内存】

三、代码段
代码段是用来存放可执行文件的操作指令，为了防止运行时被更改，所以只准许读取操作，不允许写入操作。

四、堆（Heap）
堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。

五、栈
栈是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量【不包括 static 声明的变量，static意味着在数据段中存放变量】。

参考文章：
[1] LINUX 内存管理

五、Linux 进程状态

1. 运行态：占有 CPU，在 CPU 上运行
2. 就绪态：已经具备运行条件，但是由于没有空闲的CPU，而暂时不能运行
3. 阻塞态：因为等待某一事件而暂时不能运行
4. 创建态：进程正在被创建，操作系统为进程分配资源、初始化 PCB
5. 终止态：进程正在从系统中撤销，操作系统会回收进程拥有的资源、撤销 PCB

PCB：操作系统创建每个进程时，都会额外申请一块内存空间，用来存储、管理和控制该进程所需要的信息，这种数据结构就是进程控制块【Process Control Block】

环境搭建

一、riscv-gnu-toolchain 安装

本机系统环境：

• Ubuntu 22.04 WSL2 on Windows 11 23H2
• Intel 11th Gen i7-11800H

大致的安装步骤建议参考官方文档，此处不详细说明。本文主要记录编译时我的配置。

Installation (Linux):
在编译时我是使用以下步骤以同时覆盖 32 位和 64 位运行环境，建议不使用多线程编译，会报错：

../configure --prefix=/opt/riscv --with-arch=rv64gcv --with-abi=lp64 --enable-multilib
sudo make

参考文章：
[1] Setup Riscv-GNU-TOOLCHAIN and SPIKE for the Vector Extnesion

二、QEMU 环境安装

推荐自己进行编译后安装，大致步骤如下，记住配置 PATH 环境变量就行：

wget https://download.qemu.org/qemu-8.2.0.tar.xz
tar xvJf qemu-8.2.0.tar.xz
cd qemu-8.2.0
./configure
sudo make -j8
sudo make install

参考文章：
[1] QEMU 官方网站

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