tiny_os

Winziges Betriebssystem

Einführung

Tiny OS ist ein Betriebssystem, das auf der x86_64 -Architektur ausgeführt wird.

Umgebungskonfiguration

Entwicklungsplattform

Dieses Projekt wurde auf linux -System entwickelt. Unter windows -Systemen können Sie linux -Subsystem durch Installieren von WSL ausführen.

Wenn Sie WSL verwenden:

• Installieren Sie einen X -Server in windows . Es wird empfohlen, XMing oder VCXSVR zu installieren.
  • Sie müssen den X -Server über -ac starten oder disable access control über die GUI überprüfen.
• In WSL :
  • Wenn Sie WSL verwenden (Version 1):

   export DISPLAY=:0

  • Wenn Sie WSL2 (Version 2) verwenden:

   export DISPLAY= $( cat /etc/resolv.conf | grep nameserver | awk ' {print $2} ' ) :0

  Wenn Sie nicht jedes Mal, wenn Sie ein Terminal öffnen, die obige Anweisung eingeben möchten, fügen Sie sie zum Ende der Datei ~/.bashrc oder ~/.profile hinzu.
• Wenn ein Fehler wie Could not initialize SDL (No available video device) ... , überprüfen Sie, ob Ihr X -Server gestartet wird und ob die DISPLAY korrekt festgelegt ist.

Rost

Rust ist eine moderne Programmiersprache auf Systemebene, und dieses Projekt wurde hauptsächlich mit Rust entwickelt. Laden Sie es herunter und installieren Sie es über die offizielle Rust -Website. Hinweis: Dieses Projekt erfordert die Installation nightly Version der Toolchain.

Installieren Sie nach Abschluss der Installation llvm-tools über rustup :

rustup component add llvm-tools-preview

Installieren Sie einige nützliche Werkzeuge über cargo für die Entwicklung:

cargo install cargo-binutils

Installieren Sie bochs Emulator

Simulation über bochs Simulator. Quellcode -Download -Link: Source Forge - Bochs X86 PC Emulator. Nach dem Herunterladen kompilieren und installieren.

Kompilieren Sie den Kernel

Der Befehl lautet wie folgt:

cargo run --release

Der kompilierte Kernelbildpfad ist target/os.img .

Bereiten Sie sich auf die Spiegelung vor

Erstellen Sie eine os.img -Datei im Verzeichnis ./bochs über bximage :

bximage -func=create -hd=10M -imgmode=flat ./bochs/os.img -q

Gravel ./target/os.img in ./bochs/os.img über das dd -Tool:

 # 注意下面的参数 count 要根据生成的 target/os.img 文件的大小进行调整
dd if=target/os.img of=bochs/os.img bs=512 count=250 conv=notrunc

Führen Sie bochs aus

bochs/conf enthält die folgenden Konfigurationsdateien im Verzeichnis:

• bochsdbg-gdb.bxrc : Sie können aus der Ferne durch gdb debuggen und localhost:1234 binden (Sie müssen bei der Kompilierung bochs aktivieren --enable-gdb-stub ))
• bochsdbg-win : Öffnen Sie bochs debugger mit grafischer Schnittstelle auf der window
• bochsrc.bxrc : Die grundlegendste bochs -Konfigurationsdatei ohne debug -Funktion

Führen Sie bochs aus, um die Simulation zu aktivieren:

bochs -q -f bochs/conf/bochsrc.bxrc

Führen Sie qemu aus

Im Gegensatz zu bochs kann qemu das generierte target/os.img direkt laden:

qemu-system-x86_64 -drive format=raw,file=bochs/os.img -boot c

Makefile

Das Stammverzeichnis des Projekts befindet sich eine Makefile -Datei, in der einige laufende und debuggierende Befehle definiert werden:

• clean : verwendet, um die generierten Dateien zu reinigen
• build-release : Wird verwendet, um release -Versions-Kernel-Bilder zu kompilieren
• build-debug : Wird verwendet, um die Kernel-Bilder debug Version zu kompilieren (nicht abgeschlossen)
• run-bochs : Wird verwendet, um Kernelbilder zu kompilieren und bochs Simulation zu starten
• run-qemu : Wird verwendet, um Kernelbilder zu kompilieren und qemu Simulation zu starten
• debug-bochs : Wird verwendet, um Kernelbilder zu kompilieren, bochs zu starten und über rust-gdb debug
• debug-qemu : Wird verwendet, um Kernelbilder zu kompilieren, qemu und Remote- debug über rust-gdb zu starten

Projektstruktur

Dieses Projekt ist hauptsächlich in 4 Teile unterteilt:

• builder : Das src -Verzeichnis befindet sich hauptsächlich zum Kompilieren und Bau von Kernelbildern
• boot : Im boot -Verzeichnis befindet sich bootloader für tiny OS
• boot_info : Im Verzeichnis boot_info liefert es BootInfo -Struktur
• kernel : Es befindet sich im kernel -Verzeichnis und ist der Kernelcode des tiny OS

Entwicklungsplan

• Bootloader
  • Schutzmodus eingeben
  • Paging Management einschalten
  • Schalten Sie den VGA -Grafik -Anzeigemodus ein
  • Holen Sie sich die Memory_Map über 0xE820 BIOS -Funktion
  • Geben Sie long mode ein
  • Bereiten Sie die BootInfo -Struktur vor, um Informationen von bootloader -Stufe an kernel zu übergeben
  • Laden der Kernel elf -Datei
  • Zeichnen Sie die virtuelle Adresse für den Kernelcode ab und springen Sie zum Kernel, um zu laufen
• Kernel
  • Erstellen Sie logger (verwendet, um tiny os -Druckfunktionen zu implementieren und während der Kernelentwicklung zu debuggen)
  • Behandeln verschiedene Ausnahmen und Interrupts
    • Vorläufige Verarbeitung von Uhrenstörungen
    • Vorläufige Verarbeitung von Tastatureingaben
    • Vorläufige Page Fault
    • Vorverarbeitung des GP Fault
    • Double Fault umgehen
  • Implementieren Sie den dynamischen Speicher Allocator
    • Implementieren Sie die vorläufige Speicherzuweisung über linked_list_allocator
    • Implementieren Sie Allocator buddy system
  • Multitasking (präventive Planung) implementieren
  • Implementieren Sie die kollaborative Planung auf Kernelebene
    • Vorläufige Implementierung
    • Besserer Planungsalgorithmus
    • Global verfügbare spawn implementieren
  • Implementierung FAT32 -Dateisystems
  • shell implementieren
• Zusammenstellung
  • Implementieren Sie einen flexibleren Builder (Sie können wählen, ob Sie debug kompilieren und Bilder release ).
  • Generieren Sie ein Kernelbild, das bochs direkt geladen werden kann, anstatt es in bochs/os.img durch das dd -Tool zu gravieren

Referenzen

• Handbuch von AMD64 Architekturprogrammierer Volume 2: Systemprogrammierung
• Intel® 64- und IA-32 Architekturen-Softwareentwicklerhandbuch Volume 3 (3A, 3B, 3C & 3D): Systemprogrammierhandbuch
• "Wiederherstellung des Betriebssystems" Zheng Gang
• Coding Master -Serie Video: Bilibili - Coding Master
• OSDEV: OSDEV
• Blog -Betriebssystem: Ein Betriebssystem in Rost schreiben