The association of the uservec, kernelvec, stvec

✦ 问得非常好！这是理解 Trap 机制的最后一块关键拼图。kernelvec 的存在解决了这样一个问题：如果 Trap 发生时，CPU 已经处于内核态（Supervisor Mode）了，该怎么办？

我们来梳理一下 kernelvec、uservec 和 stvec 这三者的关系。

核心矛盾：单一的 stvec vs 两种 Trap 场景

RISC-V 硬件规定，无论 Trap 来自哪里（用户态还是内核态），CPU 都只会做一件事：跳转到 stvec 寄存器指向的唯一地址。

但是，处理来自用户态的 Trap 和处理来自内核态的 Trap，需求是完全不同的：

用户态 Trap (User Trap):
- 需要：保存完整的用户寄存器上下文。
- 需要：从用户页表切换到内核页表。
- 需要：切换到进程的内核栈。
- 处理器：uservec -> usertrap()
内核态 Trap (Kernel Trap):
- 场景: 最常见的例子是，当内核正在执行代码时，一个硬件中断（比如定时器中断）到来了。
- 不需要: 切换页表（因为已经是内核页表了）。
- 不需要: 切换栈（因为已经在内核栈上运行了）。
- 需要: 只需要保存一部分寄存器（因为 C 语言的调用约定会保证另一部分寄存器的保存），然后跳转到一个更简单的 C 处理函数。
- 处理器：kernelvec -> kerneltrap()

为了解决这个矛盾，xv6 采取了一个非常聪明的策略：在进入和离开内核时，动态地修改 stvec 寄存器的值。

kernelvec 的作用和实现

kernelvec 是专门为处理内核态 Trap 设计的汇编代码。它位于 kernel/kernelvec.S。

可以看到，kernelvec 的工作流程比 uservec 简单得多：

在当前的内核栈上分配 256 字节的空间。
保存一些关键的寄存器（ra, sp, gp, a0-a7 等）。注意它没有保存所有寄存器，因为它假设自己遵守了 C 语言的调用约定。
call kerneltrap：直接调用 C 函数 kerneltrap (位于 kernel/trap.c)。
kerneltrap 返回后，恢复寄存器。
sret：从内核 Trap 中返回，继续执行之前被中断的内核代码。

三者关系的动态切换

现在我们把整个流程串起来，看看 stvec 是如何在这两者之间切换的。

程序启动时: 内核初始化时，trapinithart() 函数会将 stvec 设置为 kernelvec 的地址。因为此时只有内核在运行。
当一个用户程序将要运行时: 在 usertrapret 函数（即从任何系统调用或中断返回到用户空间之前）的最后，会执行以下代码：
```
 // in usertrapret() from kernel/trap.c

 // send syscalls, interrupts, and exceptions to uservec in trampoline.S
 uint64 trampoline_uservec = TRAMPOLINE + (uservec - trampoline);
 w_stvec(trampoline_uservec);

 // ... then jump back to userret in trampoline.S
```
这行 w_stvec 把 stvec 的值改成了 uservec 的地址。这是在告诉 CPU：“接下来我要去运行用户代码了，如果再发生 Trap，请跳转到 uservec 去处理”。
当一个用户态 Trap 发生后: CPU 跳转到 uservec，经过一系列操作后，最终调用了 C 函数 usertrap。在 usertrap 的开头，有这样一行代码：
```
 // in usertrap() from kernel/trap.c

 // send interrupts and exceptions to kerneltrap(),
 // since we're now in the kernel.
 w_stvec((uint64)kernelvec);
```
这行代码又把 stvec 的值改回了 kernelvec 的地址。这是在告诉 CPU：“我现在已经安全进入内核了，在处理这个 Trap 的期间如果又发生了新的 Trap（比如定时器中断），请跳转到 kernelvec 去处理”。

总结

stvec: 是一个硬件寄存器，是 CPU 唯一认识的 Trap 入口地址。它的值是动态可变的。
uservec: 是一个软件定义的汇编函数，是处理用户态 Trap 的入口。当内核准备好要运行用户代码时，它会把 uservec 的地址写入 stvec。
kernelvec: 是另一个软件定义的汇编函数，是处理内核态 Trap 的入口。当代码从用户态进入内核态后，内核会立刻把 kernelvec 的地址写入 stvec，以防在内核执行期间发生新的中断。

我们可以用一个简单的状态图来表示这个关系：

+---------------------+      Trap from User      +--------------------+
| Running User Code   | ---------------------> | Running Kernel Code|
| (stvec = uservec)   | <--------------------- | (stvec = kernelvec)|
+---------------------+   Return to User (sret)  +--------------------+
         ^                         |
         |                         | Nested Trap (e.g., timer interrupt)
         |                         V
         |                  +--------------------+
         +------------------|  (still in kernel) |
                            | (stvec = kernelvec)|
                            +--------------------+

所以，uservec 和 kernelvec 就像是两个“值班表”，内核根据当前 CPU 在哪个“地盘”（用户态还是内核态）干活，就把对应的“值班人员”（uservec 或 kernelvec）的地址填入 stvec 这个“岗位”上。