Magenta

初以学x86入行，后转战至ARM，耗时10余载，今又切回x86。忍不住吐槽一下~~

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Magenta - BP启动AP(x86篇)

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Magenta支持SMP，所以需要Bootstrap CPU(BP)启动Application CPU(AP)的功能。这部分和体系架构密切相关，就以x86结构为例说明。

AP的启动，在各个系统上的流程大同小异，大概都分为2大部分：

• BP为AP初始化启动环境
• AP自身的初始化

BP流程

不同的系统，2阶段的分工并不相同。在magenta上，BP做了如下工作：

• 为每个CPU创建私有的idle task， 此task被pin在对应的CPU上；

• 创建bootstrap地址空间，起始地址为0，大小为 (0x80000000-0x01000000)，即在kernal base addr向下偏移0x01000000。作为AP的启动地址空间。

• 在bootstrap空间创建地址映射表，包括2部分的identity map：

  • 基地址为0x9e000，长度是8KB。这部分将来作为AP的启动代码和参数区域；
  • kernel的GDT，以便AP可以在启动阶段就能读取kernel GDT；

• 将启动代码复制到地址为0x9e000处，即x86_bootstrap16_entry的代码；

• 在(0x9e00+0x1000)处创建启动参数，包括：
  
  • kernel的页表物理基地址
  • bootstrap的页表基地址
  • 指向GDT物理地址的gdtr
  • 64bit模式下的entry函数地址 _x86_secondary_cpu_long_mode_entry
  • 为每个CPU分配一个thread_t结构体，作为bootstrap thread，后期由各个AP自己初始化
  • 为每个CPU的bootstrap thread分配stack，大小为4KB

至此，BP已经为AP创建为运行环境。之后就是利用INIT IPI和STARTUP IPI去唤醒AP。发送STARTUP IPI时，所带的vect参数是0x9e = (0x9e000>>12)，即告诉AP从地址0x9e000处开始取指执行。

然后BP会监视一个全局变量cpu_waiting_mask，等待所有的AP都启动完毕。每当一个AP启动完毕，会根据自己的CPU ID将cpu_waiting_mask中对应的bit清除。

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AP流程

AP在0x9e000处看到的代码是x86_bootstrap16_entry。此时AP处于实模式下。做了如下工作：

• 加载启动参数中的gdtr;
• 进入保护模式；
• 加载bootstrap的页表基地址至CR3；
• 使能IA-32e mode和分页功能；
• 跳转至64bit模式下的entry；

64bit下的初始化包括：

• 设置bootstrap thread的stack为当前rsp；
• 设置CR3为kernel的页表物理基地址；
• 加载IDT；
• 调用函数x86_secondary_entry，所带参数分为cpu_waiting_mask和bootstrap thread

x86_secondary_entry做了如下工作：

• 配置本CPU的cpu控制块，此控制块的基地址被写入X86_MSR_IA32_GS_BASE，后期可以直接通过gs:[]的方式来访问控制块；
• x86初始化
  
  • 包括建立TSS：
    
    • 在GDT中为本CPU创建TSS；
    • 为3种特殊类型的中断创建栈，分为NMI/MACHINE_CHECK/DOUBLE_FAULT；
    • 利用ltr指令加载TSS的selector；
  • 利用指令lidt加载IDT
    
    • IDT已由BP在之前创建完毕；
    • IDT共256个项，每个entry是中断门；
    • 每个中断门对应的函数地址定义在数组_isr_table中，最终都指向 interrupt_common；
    • 为NMI/MACHINE_CHECK/DOUBLE_FAULT这3中类型的中断设置interrupt stack table(IST)，从而在此些中断发生时，CPU可以切换至TSS中对应的栈；
  • syscall的配置
    
    • 配置函数x86_syscall作为syscall的kernel entry；
    • 配置syscall 进入和退出时的code segment
      
      • 从user进入kernel时： CS = CODE_64_SELECTOR / SS = DATA_SELECTOR
      • 从kernel退回user时：CS = USER_CODE_64_SELECTOR / SS = USER_DATA_SELECTOR
    • 使能指令syscall
• 将cpu_waiting_mask中对应本CPU的bit清除；
• 初始化bootstrap thread，设置为最高优先级，以便可以安全调用其他初始化routine；
• 最后，将本cpu标记为active和idle，并退出bootstrap thread。从而可以调度至CPU的idle task。

当AP可以运行至本CPU的idle task，即可认为AP的启动已经完成。

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最后来张镇楼图片：