jsix

JSIX 운영 체제

JSIX 는 처음부터 구축하는 맞춤형 멀티 코어 X64 운영 체제입니다. 완료되거나 사용 가능하지는 않지만 (아래 상태 및 로드맵 섹션 참조) 현재 계획된 모든 주요 커널 기능은 이제 적어도 통과 가능한 수준으로 구현됩니다.

프로젝트의 설계 목표는 다음과 같습니다.

• 현대성 - 레거시 시스템을 설계하거나 모든 하드웨어에서 실행하는 데 관심이 없습니다. 내 목표는 64 개의 비트 아키텍처와 최신 상품 하드웨어입니다. 현재 Nehalem 또는 Newer CPU 및 UEFI 펌웨어가있는 X64 시스템을 의미합니다. (현재 필요한 CPU 기능은이 목록을 참조하십시오.) 결국 Aarch64 포트에서 작업하고 싶습니다.

• 모듈 식 - 마이크로 커널 방식으로 시스템의 대부분을 가능한 한 별도의 프로세스로 끌어 당기고 싶습니다. 이것의 하위 골은 이러한 마이크로 넬의 병목 현상이 현재 위치를 탐색하는 것입니다. 레거시 하드웨어를 피하면 기존의 마이크로 커널 문제에 의해 덜 쇠퇴하는 시스템을 설계 할 수 있는지 여부입니다.

• 탐사 - 저는 주로 재미있게 배우고 현대식 OS 개발을 탐구하기 위해이 일을하고 있습니다. 초기 기능 구현은 관련 하드웨어를 탐색 할 수 있도록 모듈 식 설계를 일시적으로 버릴 수 있습니다.

이름에 대한 메모 :이 커널은 원래 Popcorn이라는 이름을 지었지만 Popcorn Linux 프로젝트 가이 프로젝트와 동시에 시작된 커널을 개발하고 있음을 발견했습니다. 그래서 나는이 커널 JSIX (항상 Styled JSIX 또는 j6 , Never Capitalized)를 L4, XV6 및 나의 멋진 아내에게 경의로 바 꾸었습니다.

상태 및 로드맵

다음 주요 기능 영역은 JSIX 개발 대상입니다.

UEFI 부트 로더

완료. 부트 로더는 커널 및 초기 사용자 공간 프로그램을로드하고 메모리 맵 및 EFI GOP 프레임 버퍼에 대한 필요한 커널 인수를 설정합니다. 가능한 미래 아이디어 :

• 커널에서 더 많은 초기 기능을 인수하십시오
• zig로 다시 작성하십시오

메모리

가상 메모리 : 충분합니다. 커널은 전체 가상 메모리 공간을 나타내는 하나 이상의 vm_space 객체에 속할 수있는 매핑 된 영역을 나타내는 여러 종류의 vm_area 객체를 가진 가상 메모리를 관리합니다. (각 프로세스에는 vm_space 가 있으며 커널 자체도 있습니다.)

해야 할 일 :

• TLB 촬영
• 페이지 교환
• 대규모 / 거대한 페이지 지원

물리적 페이지 할당 : 충분합니다. 현재 물리적 페이지 할당 자 구현은 부트 로더에 의해 정의 된대로 사용 가능한 메모리의 최신 영역을 나타내는 블록 그룹을 사용합니다. 각 블록에는 무료/중고 페이지를 나타내는 3 단계 비트 맵이 있습니다.

미래의 작업 :

• 첫 번째 페이지가 1Gib에 정렬되도록 블록을 정렬하여 무료 크고 거대한 페이지를 더 쉽게 찾을 수 있습니다.

멀티 태스킹

충분한. 글로벌 스케줄러 객체는 코어 당 별도의 준비/차단 목록을 유지합니다. 코어는 주기적으로 작업 도둑질을 통해 부하의 균형을 유지하려고 시도합니다.

사용자 공간 작업은 다른 프로세스뿐만 아니라 스레드를 생성 할 수 있습니다.

API

SYSCALLS : 충분합니다. 사용자 공간 작업은 빠른 SYSCALL/SYSRET 지침을 통해 커널에 SYSCALL을 만들 수 있습니다. libj6 통해 만들어진 syscalls는 Callee와 발신자 모두 표준 SYSV ABI 기능 호출을 모두보고 있습니다. 구현은 구현 함수를 호출하기 전에 요청을 검증하고 기능을 확인하고 적절한 커널 객체 또는 핸들을 찾는 생성 된 래퍼 기능으로 래핑됩니다.

IPC : 작업, 최적화가 필요합니다. 현재 IPC 프리미티브는 다음과 같습니다.

• 사서함 : 비동기로 제공되는 작은 메시지의 엔드 포인트. 현재이 메시지는 발신자에서 커널 버퍼로 한 번, 커널에서 수신기까지 한 번은 이중 카피입니다. 이것은 효과가 있으며 둔화의 주요 원인은 아니지만 앞으로 최적화해야합니다.
• 채널 : 비동기 단위 방향의 바이트 스트림에 대한 엔드 포인트. 현재 이들은 또한 이중 카피 문제로 어려움을 겪고 있으며 결국 사용자 공간 공유 메모리 커뮤니케이션으로 대체해야합니다.
• 이벤트 : 대기 스레드에 비동기 알림을 보내도록 신호를 보낼 수있는 객체.

하드웨어 지원

• 프레임 버퍼 드라이버 : 진행 중입니다. 현재 UEFI가 액세스 할 수있는 비디오 장치가있는 기계에서 JSIX는 커널 로그를 인쇄하는 사용자 공간 프레임 버퍼 드라이버를 시작합니다.
• 일련 드라이버 : 진행 중. 현재 UART는 현재 COM1을 출력 채널로만 노출 시키지만 입력 또는 기타 직렬 포트는 노출되지 않습니다.
• USB 드라이버 : 해야합니다
• AHCI (SATA) 드라이버 : 해야합니다

건물

JSIX는 Ninja 빌드 도구를 사용하고 configure 스크립트로 빌드 파일을 생성합니다. 이 빌드는 또한 맞춤형 도구 체인 Sysroot에 의존하며 JSIX-OS/Toolchain의 스크립트를 사용하여 다운로드하거나 구축 할 수 있습니다.

기타 빌드 종속성 :

• Clang : C/C ++ 컴파일러
• NASM : 어셈블러
• LLD : 링커
• mtools : 지방 이미지를 만드는 것

configure 스크립트에는 일부 파이썬 종속성이 있습니다. PITHON 가상 환경에서는 pip 통해 설치할 수 있습니다. pip 를 통해 설치하면 ninja 도 설치됩니다.

Debian 11 (Bullseye) 시스템은 JSIX 저장소 루트에서 다음 명령을 실행하여 필요한 빌드 종속성으로 구성 할 수 있습니다.

sudo apt install clang lld nasm mtools python3-pip python3-venv
python3 -m venv ./venv
source venv/bin/activate
pip install -r requirements.txt
peru sync

sysroot 설정

JSIX-OS/Toolchain으로 위에서 언급 한대로 도구 체인 Sysroot를 빌드 또는 다운로드 하고이 프로젝트의 루트에서 구축 된 도구 체인 디렉토리를 sysroot 로 Symlink.

 # Example if both the toolchain and this project are cloned under ~/src
ln -s ~ /src/toolchain/toolchains/llvm-13 ~ /src/jsix/sysroot

JSIX 빌딩 및 실행

도구 체인이 설정되면 ./configure 스크립트를 실행하면 (사용 가능한 옵션은 ./configure --help 참조)가 빌드 구성을 설정하고 닌자 ninja -C build (또는 빌드 디렉토리를 넣을 때는 실제로 빌드가 실행됩니다. qemu-system-x86_64 가 설치된 경우 qemu.sh 스크립트는 QEMU- -nographic 모드에서 jsix를 실행합니다.

나는 개인적으로 실제 Debian AMD64 Bullseye Machine 또는 Windows WSL Debian Bullseye 설치에서 이것을 실행합니다. 마일리지는 다른 설정 및 배포판에 따라 다를 수 있습니다.

테스트 스위트를 실행합니다

JSIX에는 이제 다양한 자동 테스트를 실행하는 test_runner Userspace 프로그램이 있습니다. 기본 빌드에는 포함되어 있지 않지만 test.yml manifest를 사용하면 구축 될 것이며 test.sh 스크립트 또는 qemu.sh 스크립트로 실행할 수 있습니다.

./configure --manifest=assets/manifests/test.yml
if ./test.sh ; then echo " All tests passed! " ; else echo " Failed. " ; fi