Design of the RISC-V Instruction Set Architecture笔记（chapter6）
A RISC-V Privileged Architecture
分开讨论RISC-V用户级ISA和特权体系结构的原因：
It allows the user ISA to be shared across a wide variety of systems.
It facilitates experimentation in privileged architectures.
Researchers can devise and implement novel memory translation and protection schemes, new security features, and alternative I/O mechanisms without having to rewrite application code
It simplifies the implementation of full virtualization.
Exposing privileged features to unprivileged software adds complexity to hardware-assisted virtualization, and can make classical virtualization impossible
RISC-V Privileged Software Interfaces
- ABI：applications make requests of the operating system using a system-call convention defined in an application binary interface
- Hypervisor是一种运行在物理服务器和操作系统之间的中间软件层,可允许多个操作系统和应用共享一套基础物理硬件，因此也可以看作是虚拟环境中的“元”操作系统，它可以协调访问服务器上的所有物理设备和虚拟机，也叫虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor）
- The term hypervisor is a variant of supervisor, a traditional term for the kernel of an operating system: the hypervisor is the supervisor of the supervisor
- 在早期计算中，操作系统被称为supervisor。能够在其他操作系统上运行的操作系统被称为 hypervisor（这个术语是在 20 世纪 70 年代出现的）。 VMM 可以直接在底层硬件上运行，允许运行多个虚拟机（VM）。每个 VM 都可以运行一个自己私有操作系统的实例
- OS通常和底层硬件直接交互，从而限制了实现的灵活性和可移植性。RPA（RISC-V Privileged Architecture）通过supervisor binary interface（SBI）抽象出支持操作系统的supervisor execution environment（SEE）。SEE可以是一个简单的具有原始的I/O抽象的boot loader，类似于PC的BIOS，或者是支持完全虚拟化I/O和内存系统的hypervisor，甚至是SBI级别的仿真器。
- HBI：硬件和hypervisor execution environment之间的交互，通过一个hypervisor binary interface来完成。这种设计是为了简化递归虚拟化的实现
- 对于RISC-V原生的硬件系统，最底层的执行环境和硬件的交互通过硬件抽象层（HAL）完成。HAL隔离了执行环境和硬件平台的实现细节，提高了执行环境软件的适用性
特权的四个级别：为了最大限度的减少因为trap进入VMM的客户机指令数量和因此带来的虚拟化开销，需要以特权模式运行客户端操作系统。
- User：最低级，应用程序可以正常执行
- Supervisor：提供基本的异常处理和虚拟内存的支持，OS可以正常的执行
- Hypervisor：用于托管虚拟机监视器的特权模式的占位符，目前尚未定义
- Machine：可以自由访问所有硬件功能。
- 前三种模式是可选的，最后一种是必须的。
superpage：在RV32种，页表是两级的有1024个表项的二级页表，因此除了可以有4KB的页，也可以拥有4MB的页，称为megapages；在RV64中，有不同的页表组织形式，也有不同的虚拟地址空间大小，最简单的39位的模式，有一个三级的512个表项的页表，因此可以支持4KB，2MB，1GB的页面，1GB的页面称为gigapages
Hypervisor Mode：提供对物理内存的虚拟化，因此Hypervisor mode将会提供一个额外的地址转换层，用于将supervisor的物理地址转换为hypervisor的物理地址
Machine Mode：to abstract the hardware platform and provide any missing hardware features。例如：M-mode software emulates misaligned loads and stores, unbeknownst even to supervisor software. It also emulates the standard floating-point extensions when they are unimplemented in hardware
