tinyos

ตัวเล็ก

ระบบปฏิบัติการที่ใช้ X86 สร้างขึ้นจากจุดเริ่มต้นเพื่อจุดประสงค์ในการเรียนรู้

• Kiss (Keep It Simple Stupid) ปรัชญา
• Bootloader ถือว่าเป็นด้วงเคอร์เนลมีส่วนหัวมัลติบูต

คุณสมบัติ

• เคอร์เนลครึ่งหนึ่งที่สูงขึ้นเคอร์เนลตั้งค่าตัวเองให้วิ่งจากครึ่งที่สูงกว่าภูมิภาค 3GB
• การทำงานหลายอย่าง
  • ตัวกำหนดตารางเวลาพื้นฐานพร้อมการสนับสนุนมัลติทาสกิ้งรอบโรบินโดยมีลำดับความสำคัญเท่ากัน
  • ตัวจับเวลาขัดจังหวะการสลับบริบทบริบท
• โหมดผู้ใช้ความแตกต่างของโหมดเคอร์เนล
  • GDT ได้รับการตั้งค่าด้วย DPL ที่เหมาะสม
  • รหัสเคอร์เนลทำงานใน Ring 0 และรหัสผู้ใช้ใน Ring 3
  • การโทรของระบบเกิดขึ้นผ่านทาง int 64 ซึ่งจำเป็นต้องมีตัวบ่งชี้เกตสำหรับการเพิ่มสิทธิพิเศษ
• initramfs
  • รูปแบบ CPIO มาตรฐานสำหรับ RAMFS (ไม่มีการบีบอัด GZIP)
  • รูปแบบเอลฟ์มาตรฐานสำหรับแอปพลิเคชันพื้นที่ผู้ใช้
• การสนับสนุนส้อม
  • กระบวนการหลักของโคลนไม่มีการสนับสนุนวัว
• ฝ่ายสนับสนุนผู้บริหาร
  • เขียนทับพื้นที่ที่อยู่ด้วยกระบวนการใหม่

ภาพรวม

เริ่มต้น

เพื่อสร้างระบบปฏิบัติการ (สมมติว่า GCC, NASM ติดตั้ง),

make

เพื่อวิ่งภายใต้ QEMU

make qemu

ในการเรียกใช้ (สมมติว่า Bochs, Bochs-SDL ติดตั้ง),

make run

เพื่อทำงานภายใต้ QEMU ด้วยการสนับสนุนการดีบัก (GDB)

make qemu_gdb

(แนบ GDB, คำสั่งที่จำเป็นได้ให้ไว้แล้วในไฟล์. gdbinit ในระดับสูงสุด)

หมายเหตุเพิ่มเติม

รองเท้าบูท

BIOS เริ่มโปรเซสเซอร์ในโหมดจริง 16 บิต Grub เริ่มต้นโหมดป้องกัน 32 บิต ภาพเคอร์เนลเอลฟ์นั้นมาพร้อมกับส่วนหัวมัลติบูตตามข้อกำหนดของด้วงหากด้วงพบส่วนหัวนี้ในภาพ 512 ไบต์แรกจากนั้นจะโหลด ELF ที่ตำแหน่ง 0x100000 หน่วยความจำที่ต่ำกว่าเป็นของไบออสและการแมปฮาร์ดแวร์/io อื่น ๆ เช่น VGA Bootup Code, ดำเนินการจากจุดเริ่มต้น _start ของเคอร์เนลและ (หมายเหตุ BSS เป็นศูนย์เริ่มต้นโดย GRUB)

• ตั้งค่า PTE ของ 4MB (ขนาดขยาย) สองตัวเพื่อทำแผนที่ภาพเคอร์เนลใน, 0x0-0x400000 และ 0xC0000000-0XC0400000 ตามลำดับ
• อดีตเป็นแผนที่ตัวตนในขณะที่ EIP ยังอยู่ในช่วงหน่วยความจำที่ต่ำกว่าและต่อมาทำหน้าที่เป็นการแมปครึ่งที่สูงขึ้น
• ตัวชี้สแต็กถูกตั้งค่าในช่วงครึ่งที่สูงขึ้นก่อนหน้านี้ถูกตั้งค่าโดยด้วงต่ำกว่า 1m
• เมื่อเปิดใช้งานการเพจแล้วโปรแกรมจะกระโดดไปที่ครึ่งที่สูงขึ้นนานดังนั้นจึงเริ่มต้นการดำเนินการจากครึ่งที่สูงขึ้น

การจัดการหน่วยความจำ

การจัดสรรหน่วยความจำกลยุทธ์ first-fit อย่างง่ายจัดสรรหน่วยความจำจากพื้นที่เคอร์เนลในระหว่าง free มันยังจัดการการบดอัดของบล็อกฟรีที่อยู่ติดกัน

สำหรับผู้ใช้สเปซ malloc/ฟรีมีให้บริการที่ใช้ระบบ sbrk ภายในเพื่อเพิ่มการหยุดพักของระบบ (ถ้าจำเป็น) เคอร์เนลไม่จำเป็นต้องตั้งค่าตารางหน้าและการส่งคืนเพิ่มขีด จำกัด การแบ่งระบบ

เพจและ VM

สิ่งนี้แบ่งออกเป็นการแมปหน่วยความจำพื้นที่เคอร์เนลและการแมปหน่วยความจำพื้นที่ผู้ใช้ การแมปพื้นที่เคอร์เนลยังคงคงที่และเป็นส่วนหนึ่งของพื้นที่ที่อยู่กระบวนการทุกขั้นตอนเท่านั้นที่เชื่อมโยงไม่ได้โคลนเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงจากกระบวนการหนึ่งในพื้นที่เคอร์เนลควรมองเห็นกระบวนการอื่น ๆ ได้เช่นกัน

การแมปพื้นที่ของผู้ใช้ขึ้นอยู่กับการโทร exec และทุกกระบวนการมีเคอร์เนลของตัวเองและสแต็กผู้ใช้

ในระหว่างการสวิตช์บริบทการลงทะเบียน CR3 จะได้รับการโหลดด้วยที่อยู่พื้นฐานของไดเรกทอรีหน้ากระบวนการในปัจจุบัน

กระบวนการเริ่มต้น

แอปพลิเคชันพื้นที่ผู้ใช้จะถูกเก็บไว้ใน initramfs ซึ่งเป็นรูปแบบ CPIO Archieve ในรูปแบบ ELF มาตรฐาน ในระหว่างเคอร์เนล exec พบและวิเคราะห์ภาพเอลฟ์ให้ตั้งค่าตารางหน้าตามนั้น กระบวนการเริ่ม Init จะเริ่มต้นเฉพาะ shell แล้วแขวนอยู่ที่นั่นตลอดไป

การกำหนดเวลา

Scheduler ทำงานในนามของกระบวนการดำเนินการในปัจจุบันส่วนใหญ่ในสองกรณี

• ในกรณีของตัวจับเวลา IRQ กระบวนการจะถูกสลับออก
• ในกรณีของการยกเลิก CPU หากกระบวนการบล็อกในบางสิ่งบางอย่างหรือให้ผลตอบแทน

พื้นที่เคอร์เนลเทียบกับพื้นที่ผู้ใช้

รหัสโหมดเคอร์เนล/ส่วนข้อมูลแยกต่างหากกว่ารหัสโหมดผู้ใช้/กลุ่มข้อมูลที่มีระดับสิทธิ์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ ในขณะที่กลับมาจากข้อยกเว้นฮาร์ดแวร์จะปรากฏขึ้น CS (เซ็กเมนต์โค้ด) และ SS (เซ็กเมนต์สแต็ก) จากสแต็กเพื่อกลับสู่ระดับสิทธิพิเศษที่ลดลง

เราตั้งโปรแกรมเฟรมสแต็กนี้ตามที่สร้างงานใหม่

        /* Task will start in CPL = 3, i.e. user mode */
        task -> irqf -> cs = ( SEG_UCODE << 3 ) | DPL_USER ;
        task -> irqf -> ds = ( SEG_UDATA << 3 ) | DPL_USER ;
        task -> irqf -> eflags = 0x200 ;
        task -> irqf -> ss = ( SEG_UDATA << 3 ) | DPL_USER ;

ฮาร์ดแวร์ x86 มีการสนับสนุนในตัวสำหรับการสลับงานโดยทั่วไปการสลับจากสแต็กผู้ใช้เป็นสแต็กเคอร์เนลพร้อมกับพารามิเตอร์การแบ่งส่วนอื่น ๆ สำหรับสิ่งนี้ทุกงานจำเป็นต้องตั้งค่าด้วย TSS ของตัวเองซึ่งได้รับการแก้ไขในระหว่างการสลับบริบท เราจะไม่ใช้การสลับงานฮาร์ดแวร์ แต่จะทำแบบเดียวกันในซอฟต์แวร์เอง ไม่ว่าในกรณีใดเราจำเป็นต้องตั้งค่าอย่างน้อยหนึ่ง TSS ซึ่งมีโหมดเคอร์เนลที่ถูกต้อง SS (เซ็กเมนต์สแต็ก) และ ESP (สแต็กตัวชี้) สำหรับงานปัจจุบัน

การซิงโครไนซ์

คำถามที่พบบ่อยสุ่ม

การบริจาค

อย่าลังเลที่จะแยกและส่งคำขอรวม

เครดิต/การอ้างอิง

• คู่มืออ้างอิง Intel v.3a
• XV6, Unix Clone OS
  • รหัสบน gitHub
• OSDEV
• การสอนการพัฒนาเคอร์เนลของ Bran
• การสอนการพัฒนาเคอร์เนลของ Jamesm
  • ข้อบกพร่องบางอย่างที่ทราบตามที่บันทึกไว้ที่นี่
• หนังสือเล่มเล็ก ๆ เกี่ยวกับระบบปฏิบัติการ