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xv6: 在 RISCV 上從頭設計 C+UNIX 之路

真正的 C 程序員，應該親身體驗當年 K&D 創建 C+UNIX 的過程

xv6 作業系統是美國馬省理工學院 (MIT) 的一個教學用作業系統，該系統被用做下列課程的主要教材。

xv6 修改自 UNIX 第六版 (UNIXv6)，UNIXv6 在作業系統的發展史上具有重要的地位，因為當初 Ken Thompson 與 Dennis Richie 兩人，合力創造出 UNIX+C 這兩個重要的技術之後，一路將 UNIX 從 v1 改到 v6，這時候的 UNIXv6 核心程式碼也才總共八千多行，非常短小精簡。

問題是，當時 UNIX 的執行環境是 PDP-11 電腦，現在已經沒人用了！

後來，各大廠商 (包含 AT&T/昇陽/....) 都把 UNIXv6 拿去修改，於是 UNIX 核心程式碼就一路從一萬，十萬，百萬行直線上升，成為了後來的中大型主機市場的主力作業系統。

1990年，Linus Torvalds 為了在 IBM PC 上使用 UNIX，於是乾脆從 MINIX 這個仿照 UNIX 理念的微核心系統修改過來，最後創造出了 Linux 作業系統。

Linux 基本上承襲了 UNIX ，成為現代最重要的作業系統，但是程式碼已超過千萬行，實在不適合在《作業系統設計課程》上要求同學重新設計一次。

MIT 原本很多年沒開作業系統課程 (我想是因為不知該怎麼教)，2002 年再度開設作業系統課程時，決定從 John Lions 對 UNIXv6 進行大量註解的原始碼開始研讀，然後在 x86 處理器的 IBM PC 上創造了一個稱為 JOS 的小型系統，讓學生透過作業的方式擴充，逐步開始學習作業系統設計。

於是學生們一邊要學 PDP11 ，另一邊又要學 x86 PC，非常的痛苦，所以後來在 2006 年將 UNIXv6 改寫為 x86 處理器的版本，稱為 xv6，用來做為課程教材，這樣就不用學 PDP11 了。2012 年開始這些課程資源放上網路，其課程網址與 github 專案如下：

雖然 xv6 的出現讓 MIT 的作業系統課程變得更好了，但是老師和學生們能然必須和相對複雜的 x86 處理器奮戰，到了 2018 年，由於開源處理器 RISC-V 逐漸成熟，所以他們將程式移植改寫為 RISC-V 版本，並從 2019 年開始改用 RISC-V 版本的 xv6 教課，其課程網址與 github 專案如下：

我在金門大學教授《計算機結構+系統程式》課程時，總覺得只教理論不太好。於是試圖自己創造《處理器+作業系統》，但難度實在很高，我沒辦法做得很好。

後來我找到了 nand2tetris 這門課程，解決了《教學生自行設計處理器》的問題，但是我仍然沒辦法設計出一個好的《教學型作業系統》。

看到 xv6-rsicv 的出現，讓我認為透過 RISC-V + xv6 來教《計算機結構+系統程式》會是一個很好的方式，所以我開始研讀 RISC-V 的書籍與 xv6 的教材，並且創造了 mini-riscv-os 這個《嵌入式 RISC-V 作業系統》，以便作為 xv6 的前導教材，讓同學們能夠透過 mini-riscv-os 的程式，一步一步地學會《作業系統設計》。

現在，RISC-V 與 xv6 的資源已經愈來愈完備了，我建議大家可以從下列資源開始，一步一步的學習《處理器設計/計算機結構/系統程式/嵌入式系統/作業系統》。

  1. https://www.nand2tetris.org/
  2. https://github.com/cliffordwolf/picorv32
  3. https://github.com/cccriscv/mini-riscv-os
  4. https://github.com/mit-pdos/xv6-riscv

希望透過這些資源，讓學生們學習《計算機結構+作業系統》等課程時，不再只是紙上談兵，而是可以真正動手體驗 DIY 的樂趣！