운영체제 구현 — xv6로 배우는 미니 OS 만들기

┌──────────────────────────────────┐
│  사용자 프로그램 (sh, ls, cat 등)  │
├──────────────────────────────────┤
│  시스템 콜 인터페이스               │
│  (fork, exec, read, write 등)    │
├──────────────────────────────────┤
│  커널                            │
│  ┌────────┬──────┬────────────┐ │
│  │ 프로세스 │ 메모리│ 파일 시스템  │ │
│  │ 관리    │ 관리 │            │ │
│  ├────────┼──────┼────────────┤ │
│  │ 트랩/   │ 디바이│ 디스크      │ │
│  │ 인터럽트│ 스    │ 드라이버    │ │
│  └────────┴──────┴────────────┘ │
├──────────────────────────────────┤
│  하드웨어 (RISC-V, QEMU 에뮬레이션) │
└──────────────────────────────────┘

// kernel/proc.h
struct proc {
    struct spinlock lock;
    enum procstate state;     // UNUSED, SLEEPING, RUNNABLE, RUNNING, ZOMBIE
    int pid;
    struct proc *parent;
    void *kstack;             // 커널 스택
    uint64 sz;                // 프로세스 메모리 크기
    pagetable_t pagetable;    // 페이지 테이블
    struct trapframe *trapframe;  // 트랩 시 레지스터 저장
    struct file *ofile[NOFILE];   // 열린 파일
    struct inode *cwd;            // 현재 디렉토리
    char name[16];
};

// kernel/syscall.c
// 트랩 발생 → syscall() 호출 → 시스템 콜 번호로 분기
void syscall(void) {
    int num;
    struct proc *p = myproc();

    num = p->trapframe->a7;   // a7 레지스터에 시스템 콜 번호

    if (num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num]) {
        p->trapframe->a0 = syscalls[num]();  // 시스템 콜 실행, 결과를 a0에
    } else {
        printf("unknown sys call %d\n", num);
        p->trapframe->a0 = -1;
    }
}

// kernel/proc.c
// 라운드 로빈 스케줄러
void scheduler(void) {
    struct proc *p;
    struct cpu *c = mycpu();

    for (;;) {
        // 프로세스 테이블을 순회하며 RUNNABLE 프로세스를 찾음
        for (p = proc; p < &proc[NPROC]; p++) {
            acquire(&p->lock);
            if (p->state == RUNNABLE) {
                p->state = RUNNING;
                c->proc = p;
                swtch(&c->context, &p->context);  // 컨텍스트 스위칭
                c->proc = 0;
            }
            release(&p->lock);
        }
    }
}

// kernel/vm.c
// 가상 주소를 물리 주소로 매핑
int mappages(pagetable_t pagetable, uint64 va, uint64 size,
             uint64 pa, int perm) {
    // 3단계 페이지 테이블 워크
    // PTE 설정: 물리 주소 + 권한 비트
}

xv6 파일 시스템 구조:
┌────────┬────────┬────────┬────────┬───────────────┐
│ Boot   │ Super  │ Log    │ Inode  │ Data Blocks   │
│ Block  │ Block  │ Blocks │ Blocks │               │
└────────┴────────┴────────┴────────┴───────────────┘

- 저널링(log) 지원으로 크래시 복구
- inode 기반 파일 관리
- 디렉토리는 특수한 파일 (이름→inode 번호 매핑)

# 소스 클론
git clone https://github.com/mit-pdos/xv6-riscv.git
cd xv6-riscv

# 빌드 및 QEMU에서 실행
make qemu

# xv6 셸에서
$ ls
$ echo hello
$ cat README