tiny_os

Minuscule OS

Introduction

Tiny OS est un système d'exploitation fonctionnant sur l'architecture x86_64 .

Configuration de l'environnement

Plate-forme de développement

Ce projet est développé sur le système linux . Sur les systèmes windows , vous pouvez exécuter linux en installant WSL .

Si vous utilisez WSL :

• Installer un serveur X dans windows ; Il est recommandé d'installer XMing ou VCXSVR.
  • Vous devez démarrer X Server via -ac ou vérifier disable access control via l'interface graphique.
• Dans WSL :
  • Si vous utilisez WSL (version 1):

   export DISPLAY=:0

  • Si vous utilisez WSL2 (version 2):

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

  Si vous ne souhaitez pas saisir l'instruction ci-dessus chaque fois que vous ouvrez un terminal, ajoutez-le à la fin du fichier ~/.bashrc ou ~/.profile .
• Si une erreur comme Could not initialize SDL (No available video device) ... ou aucune erreur sur GTK, vérifiez si votre serveur X est démarré et si l' DISPLAY de la variable d'environnement est correctement défini.

Rouiller

Rust est un langage de programmation moderne au niveau du système, et ce projet est principalement développé à l'aide Rust . Téléchargez et installez-le via le site officiel de Rust. Remarque: Ce projet nécessite l'installation de nightly de la chaîne d'outils.

Une fois l'installation terminée, installez llvm-tools via rustup :

rustup component add llvm-tools-preview

Installez des outils utiles via cargo pour le développement:

cargo install cargo-binutils

Installer l'émulateur bochs

Simulation via bochs Simulator. Lien de téléchargement de code source: Source Forge - Bochs x86 PC Emulator. Après téléchargement, compiler et installer.

Compiler le noyau

La commande est la suivante:

cargo run --release

Le chemin d'image du noyau compilé est target/os.img .

Préparez-vous à la mise en miroir

Créez un fichier os.img dans le répertoire ./bochs via bximage :

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

Engrave ./target/os.img dans ./bochs/os.img via l'outil dd :

 # 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

Exécuter bochs

bochs/conf a les fichiers de configuration suivants dans le répertoire:

• bochsdbg-gdb.bxrc : vous pouvez déboguer à distance via gdb et lier localhost:1234 (vous devez activer --enable-gdb-stub lors de la compilation bochs )
• bochsdbg-win : Open bochs debugger avec interface graphique sur la plate-forme window
• bochsrc.bxrc : le fichier de configuration bochs le plus basique, sans fonction debug

Exécutez bochs pour activer la simulation:

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

Exécutez qemu

Contrairement aux bochs , qemu peut charger directement la target/os.img :

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

Makefile

Il y a un fichier Makefile dans le répertoire racine du projet, qui définit certaines commandes d'exécution et de débogage:

• clean : utilisé pour nettoyer les fichiers générés
• build-release : Utilisé pour compiler les images du noyau de version release version
• build-debug : Utilisé pour compiler les images du noyau de la version debug (non terminée)
• run-bochs : Utilisé pour compiler les images du noyau et démarrer la simulation bochs
• run-qemu : utilisé pour compiler les images du noyau et démarrer la simulation qemu
• debug-bochs : Utilisé pour compiler les images du noyau, démarrer bochs et debug à distance via rust-gdb
• debug-qemu : Utilisé pour compiler les images du noyau, démarrer qemu et debug à distance via rust-gdb

Structure du projet

Ce projet est principalement divisé en 4 parties:

• builder : Situé dans le répertoire src , il est principalement utilisé pour compiler et construire des images du noyau
• boot : Situé dans le répertoire boot , c'est bootloader pour tiny OS
• boot_info : situé dans le répertoire boot_info , il fournit BootInfo
• kernel : Situé dans le répertoire kernel , c'est le code du noyau du tiny OS

Plan de développement

• chargeur de démarrage
  • Entrez le mode de protection
  • Activer la gestion de la pagination
  • Allumez le mode d'affichage des graphiques VGA
  • Get Memory_Map via la fonction BIOS 0xe820
  • Entrez long mode
  • Préparez la structure BootInfo pour passer les informations de bootloader au kernel
  • Chargement du fichier elf du noyau
  • Maptez l'adresse virtuelle pour le code du noyau et sautez vers le noyau pour exécuter
• noyau
  • Préparez logger (utilisé pour implémenter tiny os d'exploitation et le débogage pendant le développement du noyau)
  • Gérer diverses exceptions et interruptions
    • Traitement préliminaire des interruptions d'horloge
    • Traitement préliminaire de la saisie du clavier
    • Page Fault de traitement préliminaire
    • Traitement préliminaire du GP Fault
    • Manipuler Double Fault
  • Implémentation d'allocateur de mémoire dynamique
    • Implémentez l'allocation de mémoire préliminaire via linked_list_allocator
    • Implémenter l'allocateur de mémoire buddy system
  • Mettre en œuvre le multitâche (planification préemptive)
  • Mettre en œuvre la planification collaborative au niveau du noyau
    • Mise en œuvre préliminaire
    • Meilleur algorithme de planification
    • Implémentation spawn disponible mondialement
  • Implémentation du système de fichiers FAT32
  • Implémenter shell
• Compilation
  • Implémentez un Builder plus flexible (vous pouvez choisir de compiler les images debug et release )
  • Générer une image du noyau que bochs peuvent être chargés directement, au lieu de le graver dans bochs/os.img via l'outil dd

Références

• AMD64 Architecture Programmer's Manual Volume 2: Programmation système
• Intel® 64 et IA-32 Architectures Manuel du développeur Volume 3 (3A, 3B, 3C et 3D): Guide de programmation système
• "Restauration du système d'exploitation" Zheng Gang
• CODING MASTER Series Vidéo: Bilibili - Coding Master
• OSDEV: OSDEV
• Blog OS: Écrire un système d'exploitation en rouille