MiniOS

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับ Minios

Minios เป็นเคอร์เนลระบบปฏิบัติการขนาดเล็กสำหรับผู้เรียนการพัฒนาระบบปฏิบัติการที่สามารถทำงานบน CPU สถาปัตยกรรม 32 บิต Minios มุ่งเน้นไปที่การเรียนรู้และการค้นคว้าแนวคิดหลักและหลักการพื้นฐานในการพัฒนาระบบปฏิบัติการและใช้ระบบย่อยพื้นฐานหรือโมดูลพื้นฐานต่างๆในระบบปฏิบัติการตามฮาร์ดแวร์ทั่วไป

เคอร์เนลระบบปฏิบัติการยอดนิยมเช่น Linux และ FreeBSD นั้นดี แต่ไม่เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นในการพัฒนาเคอร์เนล ในอีกด้านหนึ่งเคอร์เนลระบบปฏิบัติการเหล่านี้ได้พัฒนามานานหลายปีและได้สะสมรหัสจำนวนมาก (รุ่นแรกของ Linux Kernel V2.6.12 ที่วางจำหน่ายในปี 2548 มีรหัสประมาณ 4 ล้านบรรทัด) ในทางกลับกันเนื่องจากความต้องการของแอปพลิเคชันในสภาพแวดล้อมการผลิตรหัสเคอร์เนลเหล่านี้มีรายละเอียดจำนวนมากที่ไม่เกี่ยวข้องกับหลักการพื้นฐานของระบบปฏิบัติการซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับผู้เริ่มต้นที่จะเข้าใจประเด็นสำคัญ ดังนั้นการเริ่มต้นด้วยเคอร์เนลระบบปฏิบัติการที่เรียบง่ายด้วยรหัสจำนวนเล็กน้อยโดยใช้เวลาสั้น ๆ เพื่อทำความคุ้นเคยกับตัวเองและเชี่ยวชาญแนวคิดหลักและหลักการพื้นฐานของสาขาการพัฒนาเคอร์เนลระบบปฏิบัติการระบบการพัฒนาความรู้พื้นฐานเหล่านี้ในระดับหนึ่ง แม้ว่าคุณจะไม่ได้วางแผนที่จะมีส่วนร่วมในการพัฒนาเคอร์เนลการเรียนรู้ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับระบบปฏิบัติการผ่านเคอร์เนลที่เริ่มต้นได้ง่ายจะช่วยให้คุณเขียนแอพพลิเคชั่นที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและมีประสิทธิภาพ

• ที่อยู่ที่เก็บ GitHub ของ Minios คือ https://github.com/doublexnine/minios
• ตรวจสอบ minios release_notes เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับความคืบหน้าการพัฒนาปัจจุบันของมิโน

---

เครื่องมือพัฒนาขนาดเล็ก

Minios ส่วนใหญ่ได้รับการพัฒนาตามภาษา C และภาษาแอสเซมบลี x86 และเครื่องมือการพัฒนาที่ใช้ ได้แก่ :

• แอสเซมเบลอร์นัส
• C Language Compiler GCC
• ชุดเครื่องมือไบนารี GNU Binutils
• เครื่องมือสร้างโครงการทำ
• ดีบักเกอร์ GDB

ในหมู่พวกเขา Binutils เป็นชุดเครื่องมือสำหรับการใช้งานไฟล์ไบนารีรวมถึงเครื่องมือสำหรับการสร้างไลบรารีแบบคงที่เครื่องมือสำหรับแถบสำหรับการลบตารางสัญลักษณ์จากไฟล์ไบนารีเพื่อลดขนาดไฟล์ ฯลฯ

เรียกใช้มินิโอ

ปัจจุบัน Minios เริ่มต้นจากฟลอปปี้ดิสก์และกระบวนการเริ่มต้นคือ:

1. หลังจากการทดสอบด้วยตนเอง BIOS เสร็จสมบูรณ์โปรแกรมบูต (boot.bin) จะถูกโหลดจากฟลอปปี้ดิสก์บูตเซกเตอร์ไปยังหน่วยความจำและส่งมอบการควบคุมไปยังโปรแกรมบูต
2. bootloader อ่านตัวโหลด (loader.bin) จากฟลอปปี้ดิสก์ไปยังหน่วยความจำและส่งคอนโทรลเลอร์ไปยังตัวโหลด
3. เมื่อตัวโหลดรันมันจะอ่านเคอร์เนลมิโอ (เคอร์เนล. บิน) จากฟลอปปี้ดิสก์ไปยังหน่วยความจำจากนั้นเข้าสู่โหมดที่ได้รับการป้องกันจากโหมดจริงของซีพียูและส่งการควบคุมเคอร์เนล
4. มิโนเริ่มวิ่ง

เนื่องจาก Minios เป็นเคอร์เนลระบบปฏิบัติการสำหรับผู้เรียนจึงส่วนใหญ่ทำงานในเครื่องเสมือนจริงด้วยเครื่องเสมือนเสริมรวมถึง Bochs และ QEMU

เรียกใช้มินิโอใน Bochs

1. ในการติดตั้ง BOCHS คุณสามารถเรียกใช้คำสั่ง sudo apt-get install bochs ได้โดยตรงภายใต้ระบบ Ubuntu เพื่อติดตั้ง คุณสามารถดาวน์โหลดซอร์สโค้ดของ Bochs ก่อนจากนั้นรวบรวมและติดตั้ง คุณสามารถเลือก Bochs เวอร์ชันที่ต้องการเมื่อติดตั้งผ่านซอร์สโค้ด
2. ป้อนไดเรกทอรีต้นฉบับ Minios ดำเนินการ tar zxvf misc/80m.img.tar.gz . และคลายภาพฮาร์ดดิสก์จากแพ็คเกจการบีบอัดภาพฮาร์ดดิสก์
3. เรียกใช้คำสั่ง bochs ในไดเรกทอรีปัจจุบันเพื่อเริ่มเครื่องเสมือน Bochs Bochs จะอ่านข้อมูลการกำหนดค่าจากไฟล์ BochSRC ก่อนจากนั้นยืนยันข้อมูลพรอมต์ Run ที่ได้รับจาก BOCHS เพื่อให้มินิโอทำงานเป็น BOCHS

เรียกใช้มินิโอใน QEMU

1. ในการติดตั้ง QEMU คุณสามารถเรียกใช้คำสั่ง sudo apt-get install qemu-system-x86 ภายใต้ระบบ Ubuntu สำหรับการติดตั้งหรือคุณสามารถดาวน์โหลดซอร์สโค้ดของ QEMU สำหรับการรวบรวมและการติดตั้ง
2. ป้อนไดเรกทอรีต้นฉบับ Minios ดำเนินการ tar zxvf misc/80m.img.tar.gz . และคลายภาพฮาร์ดดิสก์จากแพ็คเกจการบีบอัดภาพฮาร์ดดิสก์
3. เรียกใช้คำสั่ง ./launch-qemu.sh ในไดเรกทอรีปัจจุบันเพื่อเริ่มเครื่องเสมือน QEMU จากนั้นมินิโอจะเริ่มทำงานโดยตรงใน QEMU เครื่องเสมือน QEMU ไม่ได้ใช้ไฟล์กำหนดค่าเช่น BOCHSRC ข้อมูลการกำหนดค่าถูกระบุผ่านตัวเลือกบรรทัดคำสั่ง สคริปต์ Launch-qemu.sh มีตัวเลือกการกำหนดค่าที่ใช้ในปัจจุบัน

---

การดีบักมินิโอ

Minios สามารถดีบั๊กในระดับแอสเซมบลีโดยใช้ฟังก์ชั่นการดีบักที่รวมอยู่ใน Bochs หรือ Qemu แต่วิธีการดีบักนี้ไม่สะดวกมากที่จะใช้เพราะโปรแกรมประกอบมีความยาวและอ่านยาก โชคดีที่ทั้ง Bochs และ Qemu ได้รับการสนับสนุน GDB ในตัว ด้วยการรวมกับฟังก์ชั่นการดีบักระยะไกลที่จัดทำโดย GDB Minios สามารถแก้ไขข้อบกพร่องได้ที่ซอร์สโค้ด C

การดีบักมินิโอด้วย Bochs+GDB

1. รวบรวมและติดตั้ง BOCHS จากซอร์สโค้ดและเปิดตัวเลือกการสนับสนุน GDB ในเวลาคอมไพล์ จากนั้นเพิ่มข้อมูลการกำหนดค่า GDB ไปยังไฟล์การกำหนดค่า BOCHS ตัวเลือกการกำหนดค่าที่ต้องการนั้นรวมอยู่ในไฟล์ BochSRC-GDB ในไดเรกทอรี Minios Source
2. ดำเนินการ ./launch-bochs-gdb.sh ในไดเรกทอรีแหล่ง Minios สคริปต์เชลล์ที่รันจะเรียกใช้ GDB ในหน้าต่างเทอร์มินัลใหม่และโหลดเวอร์ชันดีบั๊กของเคอร์เนลไบนารี
3. เรียกใช้คำสั่ง target remote :2345 ในอินเตอร์เฟสคำสั่ง GDB เพื่อสร้างการเชื่อมต่อกับ BOCHS
4. ใช้ GDB เพื่อแก้ไขข้อบกพร่อง minios เช่นการดีบักโปรแกรมท้องถิ่น

การดีบัก minios ด้วย QEMU+GDB

1. เพิ่มตัวเลือกบรรทัดคำสั่งเพื่อเปิดใช้งานการสนับสนุน GDB เมื่อเริ่มต้น QEMU ตัวเลือกการกำหนดค่าที่ต้องการได้รับการเพิ่มในไฟล์สคริปต์ Launch-qemu-gdb.sh ในไดเรกทอรีแหล่ง Minios
2. ดำเนินการ ./launch-bochs-gdb.sh ในไดเรกทอรีแหล่ง Minios สคริปต์เชลล์ที่รันจะเรียกใช้ GDB ในหน้าต่างเทอร์มินัลใหม่และโหลดเวอร์ชันดีบั๊กของเคอร์เนลไบนารี
3. รันคำสั่ง target remote :1234 ในอินเตอร์เฟสคำสั่ง GDB เพื่อสร้างการเชื่อมต่อกับ QEMU
4. ใช้ GDB เพื่อแก้ไขข้อบกพร่อง minios เช่นการดีบักโปรแกรมท้องถิ่น

---

ตัวเลือกการสร้าง Minios ทั่วไป

 # 编译 MiniOS 内核和用户程序 init，并写入到软盘镜像 a.img 中
make image
# 清除所有 .o 目标文件
make clean
# 清除所有 .o 目标文件和可执行文件
make realclean

---

การอ้างอิง

• Orange's ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการขนาดเล็กที่พัฒนาโดยหยวนบอกกระบวนการพัฒนาของ Orange ในหนังสือ "การใช้งานระบบปฏิบัติการ" Minios ได้รับการพัฒนาตามของ Orange
• XV6 ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการขนาดเล็กสำหรับการสอนที่พัฒนาโดย MIT ได้รับการเขียนใหม่โดย UNIX V6 และถูกนำไปใช้ในหลักสูตรระบบปฏิบัติการของ MIT 6.828: วิศวกรรมระบบปฏิบัติการ
• Minix ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการ microkernel ที่พัฒนาโดยศาสตราจารย์ Andrew S. Tanenbaum, Linus สืบทอดคุณสมบัติมากมายจาก Minix เมื่อพัฒนาต้น Linux Yu Yuan ยังยืมการปฏิบัติใน minix หลายครั้งเมื่อพัฒนาของ Orange