MIT6.828/6.S081-2019：MacOS下risc-v和xv6环境搭建
MIT6.828/6.S081-2019：MacOS下risc-v和xv6环境搭建
本文介绍搭建Mit6.828/6.S081 fall2019实验环境的详细过程，包括riscv工具链、qemu和xv6，以MacOS下的实践为例，Linux系统同样可以参考。
介绍
只有了解底层原理才能写好上层应用，曾经几度想要系统地学习OS课程，尝试去看了《计算机操作系统》、《Operating Systems: Three Easy Pieces》、《UNIX环境高级编程》，均以半途而废告终。被大量的抽象概念所淹没，对操作系统如何工作，用户程序如何运行，与CPU等硬件如何交互等问题完全没有清晰的认识。所以这次选择了以动手实践为主的课程，直接对内核源码进行学习和扩展，一步步揭开OS的神秘面纱。
MIT6.828: Operating System Engineering 在2019版本更名为6.S081，针对本科生教学，难度也有所下降，适合0基础学习，所需的计算机知识和C语言语法也十分基础。MIT用于教学的系统是xv6，一个简化的类unix系统，CPU平台使用的是RISC-V，是一种精指令集架构（RISC）。
课程的学习直接跟着官网的schedule走就行，先看Lecture下提供的讲义和手册，然后完成相应的Lab，Lab共计10个，主要内容是在xv6基础上进行内核开发和扩展。
环境搭建
MacOS下需要事先准备好xcode和homebrew，我的系统版本是10.13.4，xcode版本是9.4。实验环境主要包括三个部分：
- RISC-V工具链： 包括一系列交叉编译的工具，用于把源码编译成机器码，如gcc，binutils，glibc等
- QEMU模拟器： 用于在我们机器上(X86)模拟RISC-V架构的CPU
- xv6源码： xv6操作系统源码
一、RISC-V toolchain
risc-v工具链安装是坑最多的一步，如果按照官网教程来安装，大概率会因为下载过慢而失败，即使我把命令行翻了墙效果也并不好。教程中的安装命令是brew install riscv-tools，但我发现riscv-tools由几个部分组成，我们其实只需要riscv-gnu-toolchain，源码下载方式如下：
git clone --recursive https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchainriscv-gnu-toolchain源码有3个G大小，直接clone耗时太久。所以我将源码上传到了baidu网盘，提取码ui4j），供大家直接下载。
下载后在源码根目录进行编译，具体参考官方文档。编译大约需要30min：
./configure --prefix=/usr/local/opt/riscv-gnu-toolchain #配置产物路径
make #编译安装完成后需配置环境变量，与上一步设置的安装路径一致。我这里的环境配置文件是~/.bash_profile，在最后一行添加：
export PATH="$PATH:/usr/local/opt/riscv-gnu-toolchain/bin"此时在命令行输入riscv64-unknown-elf-gcc -v，如果能显示版本信息则代表安装成功。
二、QEMU
下载qemu模拟处理器，我们编译生成的risc-v平台的机器码，需要通过模拟cpu执行。
1.一种方式是通过包管理工具直接安装，mac下使用的是homebrew，如果速度较慢可切换tsinghua源。
brew install qemu 我的OS X版本(high sierra)对应的qemu版本是3.1.0，在启动riscv-gdb远程调试qemu时会报错：Remote 'g' packet reply is too long (expected 264 bytes, got 520 bytes)，而4.1.0版本的qemu则正常。不过暂时来看，该bug不会影响实验的进行。
2.另一种方式是手动下载指定版本的源码并编译：
wget https://download.qemu.org/qemu-4.1.0.tar.xz #下载后解压并进入目录
./configure #默认安装所有目标平台，产物路径为/usr/local/bin
make && make install #编译并安装如果wget从官网下载较慢可以选择使用网盘（链接，提取码 h7ud）。
三、xv6
从github下载xv6源码
git clone git://github.com/mit-pdos/xv6-riscv-fall19.git在项目目录下编译，如果能进入xv6的shell则表示实验环境已搭建成功，进入后可输入命令（如 ls）进行测试。输入CTRL A + X可以退出xv6 shell。
make
make qemu