RISC-V, OpenSBI, Zig 조합으로 구현한 운영체제 커널 탐구
by DD
4개월 전
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RISC-V 아키텍처 기반의 운영체제 커널(Operating System Kernel)을 Zig 언어로 구현하여 저수준 시스템 프로그래밍에 대한 이해를 높임
Unikernel 방식을 채택, 애플리케이션 코드와 OS 커널을 단일 바이너리로 묶어 로딩 및 링킹 과정을 단순화
스레드(Thread) 가상화를 통해 단일 코어에서 여러 스레드를 실행하며, 인터럽트 기반의 컨텍스트 스위칭(Context Switching) 구현
OpenSBI를 활용하여 콘솔 출력(Console Output) 및 타이머 하드웨어 제어, 사용자 공간과 커널 공간 분리
Unikernel 아키텍처와 시스템 부팅 과정
본 프로젝트는 Unikernel 방식을 채택하여 애플리케이션 코드와 OS 커널을 하나의 바이너리 파일로 묶는다. 이는 링커(Linker)와 로더(Loader)를 거치는 복잡한 과정을 생략하여 시스템 부팅 과정을 단순화한다. 시스템은 M-mode에서 시작하여 OpenSBI를 통해 초기화된 후, S-mode에서 커널이 실행되고, U-mode에서 사용자 스레드가 실행되는 구조를 가진다. 이러한 구조는 RISC-V의 권한 모델(Privilege Model)을 활용하여 시스템의 안정성을 확보한다.
스레드 가상화 및 컨텍스트 스위칭 구현
본 커널은 스레드(Thread) 가상화를 통해 단일 코어에서 여러 스레드를 동시에 실행한다. 각 스레드는 자신만의 아키텍처 레지스터(Architectural Registers)와 스택(Stack)을 가지며, 타이머 인터럽트(Timer Interrupt)를 활용하여 컨텍스트 스위칭(Context Switching)을 수행한다. 인터럽트 핸들러(Interrupt Handler)는 레지스터를 저장하고 복원하는 역할을 담당하며, 이를 통해 각 스레드는 독립적인 실행 환경을 유지한다. 특히, S-mode 핸들러에서 CSR(Control and Status Registers)을 저장하고 복원하는 과정이 핵심이다.
