หน้าแรก>การเขียนโปรแกรมที่เกี่ยวข้อง>ซอร์สโค้ดอื่น ๆ
ดาวน์โหลด

ระบบปฏิบัติการ JSIX

JSIX เป็นระบบปฏิบัติการมัลติคอร์ x64 ที่กำหนดเองที่ฉันกำลังสร้างตั้งแต่เริ่มต้น มันยังห่างไกลจากการเสร็จสิ้นหรือแม้กระทั่งการใช้งาน (ดูส่วน สถานะและแผนงาน ด้านล่าง) แต่คุณสมบัติเคอร์เนลหลักที่วางแผนไว้ทั้งหมดในปัจจุบันได้ถูกนำมาใช้อย่างน้อยก็ในระดับที่ผ่านได้

เป้าหมายการออกแบบของโครงการคือ:

  • ความทันสมัย ​​- ฉันไม่สนใจที่จะออกแบบระบบมรดกหรือทำงานกับฮาร์ดแวร์ทั้งหมด เป้าหมายของฉันคือสถาปัตยกรรมเพียง 64 บิตและฮาร์ดแวร์สินค้าโภคภัณฑ์ที่ทันสมัย ปัจจุบันนั่นหมายถึงระบบ X64 ที่มี Nehalem หรือซีพียูใหม่และเฟิร์มแวร์ UEFI (ดูรายการนี้สำหรับคุณสมบัติ CPU ที่ต้องการในปัจจุบัน) ในที่สุดฉันต้องการทำงานบนพอร์ต Aarch64 ส่วนหนึ่งเพื่อบังคับตัวเองให้คำนึงถึงชิ้นส่วนที่ขึ้นกับสถาปัตยกรรมของฐานรหัส

  • Modularity - ฉันต้องการดึงระบบออกเป็นกระบวนการที่แยกออกจากกันมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ในรูปแบบ microkernel เป้าหมายย่อยของสิ่งนี้คือการสำรวจว่าปัญหาคอขวดของ microkernel อยู่ในขณะนี้และไม่ว่าฮาร์ดแวร์มรดกมรดกจะช่วยให้ฉันออกแบบระบบที่จมอยู่กับปัญหา microkernel แบบดั้งเดิมน้อยลงหรือไม่

  • การสำรวจ - ฉันส่วนใหญ่ทำสิ่งนี้เพื่อให้มีความสนุกสนานในการเรียนรู้และสำรวจการพัฒนาระบบปฏิบัติการที่ทันสมัย การใช้งานคุณสมบัติเบื้องต้นอาจทำให้การออกแบบแบบแยกส่วนชั่วคราวเพื่อให้สามารถสำรวจฮาร์ดแวร์ที่เกี่ยวข้องได้

หมายเหตุเกี่ยวกับชื่อ: เคอร์เนลนี้มีชื่อว่า Popcorn แต่เดิมฉันได้ค้นพบว่าโครงการ Popcorn Linux กำลังพัฒนาเคอร์เนลที่มีชื่อนั้นเริ่มต้นในเวลาเดียวกันกับโครงการนี้ ดังนั้นฉันจึงเปลี่ยนชื่อเคอร์เนล JSIX นี้ (สไตล์ JSIX หรือ j6 มักจะไม่เคยเป็นตัวพิมพ์ใหญ่) เป็นการแสดงความเคารพต่อ L4, XV6 และภรรยาที่ยอดเยี่ยมของฉัน

สถานะและแผนงาน

พื้นที่คุณลักษณะที่สำคัญต่อไปนี้คือเป้าหมายสำหรับการพัฒนา JSIX:

Uefi Boot Loader

เสร็จแล้ว. bootloader โหลดเคอร์เนลและโปรแกรมผู้ใช้เริ่มต้นและตั้งค่าอาร์กิวเมนต์เคอร์เนลที่จำเป็นเกี่ยวกับแผนที่หน่วยความจำและ EFI GOP Framebuffer แนวคิดในอนาคตที่เป็นไปได้:

  • รับฟังก์ชั่นเริ่มต้นจากเคอร์เนลมากขึ้น
  • เขียนใหม่ในซิก

หน่วยความจำ

หน่วยความจำเสมือนจริง: เพียงพอ เคอร์เนลจัดการหน่วยความจำเสมือนจริงที่มีวัตถุ vm_area หลายชนิดที่แสดงถึงพื้นที่ที่แมปซึ่งอาจเป็นหนึ่งในวัตถุ vm_space หนึ่งวัตถุหรือมากกว่าซึ่งเป็นตัวแทนของพื้นที่หน่วยความจำเสมือนทั้งหมด (แต่ละกระบวนการมี vm_space และเคอร์เนลเองก็เช่นกัน)

ยังเหลืออยู่:

  • TLB shootdowns
  • การแลกเปลี่ยนหน้าเว็บ
  • การสนับสนุนหน้าใหญ่ / ใหญ่

การจัดสรรหน้าทางกายภาพ: เพียงพอ การจัดสรรการจัดสรรหน้าฟิสิคัลปัจจุบันใช้กลุ่มของบล็อกที่แสดงถึงพื้นที่ที่ทันสมัยของหน่วยความจำที่ใช้งานได้ตามที่กำหนดโดย bootloader แต่ละบล็อกมีบิตแมปสามระดับแสดงหน้าฟรี/ใช้งาน

งานในอนาคต:

  • จัดตำแหน่งบล็อกเพื่อให้หน้าแรกของพวกเขามีความสอดคล้อง 1GIB ทำให้การค้นหาหน้าเว็บขนาดใหญ่ฟรี/ใหญ่ง่ายขึ้น

การทำงานหลายอย่าง

เพียงพอ. วัตถุ Global Scheduler แยกรายการพร้อม/บล็อกแยกต่างหากต่อคอร์ คอร์พยายามที่จะสร้างความสมดุลให้กับการโหลดผ่านการขโมยงานเป็นระยะ

งานพื้นที่ผู้ใช้สามารถสร้างเธรดและกระบวนการอื่น ๆ ได้

API

Syscalls: เพียงพอ งานพื้นที่ผู้ใช้สามารถสร้าง syscalls ไปยังเคอร์เนลผ่านคำแนะนำ Syscall/Sysret ที่รวดเร็ว Syscalls ทำผ่าน libj6 ดูทั้ง Callee และผู้โทรเช่นการเรียกใช้ฟังก์ชั่นมาตรฐาน SYSV ABI การใช้งานจะถูกห่อหุ้มด้วยฟังก์ชั่น wrapper ที่สร้างขึ้นซึ่งตรวจสอบความถูกต้องของคำขอตรวจสอบความสามารถและค้นหาวัตถุเคอร์เนลหรือจัดการที่เหมาะสมก่อนที่จะเรียกฟังก์ชั่นการใช้งาน

IPC: การทำงานต้องการการเพิ่มประสิทธิภาพ IPC Primitives ปัจจุบันคือ:

  • กล่องจดหมาย : จุดสิ้นสุดสำหรับข้อความเล็ก ๆ ที่ส่งแบบอะซิงโครนัส ปัจจุบันข้อความเหล่านี้ถูกคัดลอกสองครั้ง - หนึ่งครั้งจากผู้โทรไปยังบัฟเฟอร์เคอร์เนลและหนึ่งครั้งจากเคอร์เนลไปยังตัวรับสัญญาณ งานนี้และไม่ใช่สาเหตุสำคัญของการชะลอตัว แต่จะต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมในอนาคต
  • ช่องทาง : จุดสิ้นสุดสำหรับลำธารแบบอะซิงโครนัสแบบอะซิงโครนัสของไบต์ ขณะนี้สิ่งเหล่านี้ยังประสบปัญหาการคัดลอกสองครั้งและอาจถูกแทนที่ด้วยการสื่อสารหน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันของผู้ใช้สเปซ
  • เหตุการณ์ : วัตถุที่สามารถส่งสัญญาณเพื่อส่งการแจ้งเตือนแบบอะซิงโครนัสไปยังเธรดที่รอ

การสนับสนุนฮาร์ดแวร์

  • ไดรเวอร์ FrameBuffer: กำลังดำเนินการ ขณะนี้อยู่ในเครื่องจักรที่มีอุปกรณ์วิดีโอที่สามารถเข้าถึงได้โดย UEFI, JSIX เริ่มต้นไดรเวอร์ framebuffer พื้นที่ผู้ใช้ที่พิมพ์บันทึกเคอร์เนลเท่านั้น
  • ไดรเวอร์อนุกรม: กำลังดำเนินการ ปัจจุบัน UART ปัจจุบันแสดงให้เห็นว่า COM1 เป็นช่องสัญญาณเอาต์พุตเท่านั้น แต่ไม่มีอินพุตหรือพอร์ตอนุกรมอื่น ๆ ถูกเปิดเผย
  • ไดรเวอร์ USB: ทำ
  • ไดรเวอร์ ahci (sata): ต้องทำ

อาคาร

JSIX ใช้เครื่องมือสร้างนินจาและสร้างไฟล์บิลด์สำหรับมันด้วยสคริปต์ configure บิลด์ยังขึ้นอยู่กับระบบเครื่องมือที่กำหนดเองซึ่งสามารถดาวน์โหลดหรือสร้างได้โดยใช้สคริปต์ใน JSIX-OS/Toolchain

การพึ่งพางานสร้างอื่น ๆ :

  • Clang: คอมไพเลอร์ C/C ++
  • NASM: แอสเซมเบลอร์
  • LLD: The Linker
  • Mtools: สำหรับการสร้างภาพอ้วน

configure สคริปต์มีการพึ่งพา Python บางส่วน - สามารถติดตั้งได้ผ่าน pip แม้ว่าจะแนะนำในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงของ Python การติดตั้งผ่าน pip จะติดตั้ง ninja

ระบบ Debian 11 (bullseye) สามารถกำหนดค่าด้วยการพึ่งพาการสร้างที่จำเป็นโดยเรียกใช้คำสั่งต่อไปนี้จากรูทที่เก็บ JSIX: 

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

การตั้งค่าระบบ

สร้างหรือดาวน์โหลด Toolchain Sysroot ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นด้วย JSIX-OS/Toolchain และ Symlink ไดเรกทอรี Toolchain ที่สร้างขึ้นเป็น sysroot ที่รากของโครงการนี้ 

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

การสร้างและวิ่ง jsix

เมื่อมีการตั้งค่า Toolchain แล้วให้เรียกใช้สคริปต์ ./configure ค่า (ดู ./configure --help สำหรับตัวเลือกที่มีอยู่) จะตั้งค่าการกำหนดค่าการสร้างและ ninja -C build (หรือที่ใดก็ตามที่คุณใส่ไดเรกทอรีบิลด์) จะเรียกใช้งานจริง หากคุณติดตั้ง qemu-system-x86_64 สคริปต์ qemu.sh จะเรียกใช้ JSIX ในโหมด QEMU -nographic

โดยส่วนตัวแล้วฉันเรียกใช้สิ่งนี้จากเครื่อง Debian AMD64 Bullseye จริงหรือการติดตั้ง Windows WSL Debian Bullseye ไมล์สะสมของคุณอาจแตกต่างกันไปตามการตั้งค่าและ distros อื่น ๆ

เรียกใช้ชุดทดสอบ

ตอนนี้ JSIX มีโปรแกรม test_runner userspace ที่ทำงานการทดสอบอัตโนมัติต่างๆ มันไม่รวมอยู่ในบิลด์เริ่มต้น แต่ถ้าคุณใช้ test.yml manifest มันจะถูกสร้างขึ้นและสามารถเรียกใช้กับสคริปต์ test.sh หรือสคริปต์ qemu.sh 

./configure --manifest=assets/manifests/test.yml
if ./test.sh ; then echo " All tests passed! " ; else echo " Failed. " ; fi
ขยาย
ข้อมูลเพิ่มเติม
แอปที่เกี่ยวข้อง
แนะนำสำหรับคุณ
ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ทั้งหมด