Lion Torvaldsin jäljitteleminen: Luo oma käyttöjärjestelmä tyhjästä (I)

Ensinnäkin kommentoi, että tämä on ensimmäinen artikkelini ja että toivon, että pidät siitä kaikista.

Tässä sarjassa aiomme jäljitellä Linus Torvalds, aiomme luoda käyttöjärjestelmän 0: sta. Tässä ensimmäisessä jaksossa näemme käynnistysohjelman ja laitamme tekstin ytimeen ruudulle.

Minun tapauksessani käyttöjärjestelmää kutsutaan SeuraavaDivel. Ensimmäinen päätös, joka meidän on tehtävä heti, kun katsomme käyttöjärjestelmän, on mikä käynnistyslatain tulee olemaan?

Täällä on useita muunnelmia, ja voimme jopa luoda sellaisen itse; kuitenkin tässä opetusohjelmassa aion käyttää GRUB, koska useimmat tietävät enemmän tai vähemmän jotain hänestä. Luomme kansion, josta tulee käyttöjärjestelmän juuret, ja siellä luodaan kansio / boot / grub

mkdir nextroot && cd nextroot

mkdir -p boot/grub

Siellä luomme grub.cfg-tiedoston seuraavasti:

menuentry "NextDivel" {
echo "Booting NextDivel"
multiboot /next/START.ELF
boot
}


Tässä tiedostossa olemme nähneet miten GRUB lataa tässä tapauksessa ytimen hakemistoon /next/START.ELF. Nyt meidän on luotava ydin.

Tätä varten tarvitsemme GCC y GAS (projektin kokoonpanija GNU, tulee yleensä gcc: n mukana). Joten aiomme luoda ytimen.

Teemme ensin tiedoston nimeltä kernel.asm. Tämä tiedosto sisältää ytimen aloituspisteen ja määrittelee myös monikäynnistyksen (joidenkin käynnistyslatainten, kuten GRUB). Kernel.asm-sisältö on:

.text
.globl start
start:
jmp multiboot_entry
.align 4
multiboot_header:
.long 0x1BADB002
.long 0x00000003
.long -(0x1BADB002+0x00000003)
multiboot_entry:
movl $(stack + 0x4000), %esp
call NextKernel_Main
loop: hlt
jmp loop
.section ".bss"
.comm stack,0x4000

Kaikki monikäynnistykseen liittyvä on yksinkertaisesti noudattaa spesifikaatiota mitään muuta. Kaikki alkaa alusta, se kutsuu multiboot_entry, olemme määrittäneet multiboot-otsikon ensimmäisissä 4k: ssä ja laitamme sen (movlilla).

Myöhemmin kutsumme NextKernel_Main, joka on ytimen C-funktiomme. Silmukassa pysäytämme tietokoneen pysäyttämisen. Tämä kokoaa:

as -o kernel.o -c kernel.asm

Nyt siirrymme ohjelmointiin C: ssä. Luulet, että nyt kaikki on kakku, laitamme printf en tärkein ja siinä kaikki, olemme tehneet sen.

No ei, siitä lähtien printf y tärkein Nämä ovat käyttöjärjestelmän määrittelemiä toimintoja, mutta me luomme niitä! Voimme käyttää vain itse määrittelemiä toimintoja.

Myöhemmissä luvuissa puhun siitä, miten laitamme oman C-kirjastomme (glibc, bionic, newlibc), mutta aika ajoin. Olemme keskustelleet siitä, että haluamme laittaa tekstiä ruudulle, ja näemme, miten teemme sen.

On olemassa kaksi vaihtoehtoa, yksi on soittaa BIOS ja toinen on hallita näytön muistia suoraan. Aiomme tehdä jälkimmäisen, koska se on selkeämpi C: stä ja se antaa meille myös mahdollisuuden tehdä se, kun siirrymme suojattuun tilaan.

Luomme tiedoston nimeltä NextKernel_Main.c, jolla on seuraava sisältö:

int NextKernel_Main()
{
char *str = "NextDivel says Hello World", *ch;
unsigned short *vidmem = (unsigned short*) 0xb8000;
unsigned i;
for (ch = str, i = 0; *ch; ch++, i++)
vidmem[i] = (unsigned char) *ch | 0x0700;
return 0;
}

Tällä manipuloimme suoraan muistia VGA ja merkki hahmolta kirjoitamme sen. Käännämme poistamalla stdlib käytöstä:
gcc -o NextKernel_Main.o -c NextKernel_Main.c -nostdlib -fPIC -ffreestanding

Jos olet päässyt tähän mennessä, sinun kannattaa kokeilla upouutta käyttöjärjestelmääsi nyt, mutta emme ole vielä tehneet sitä. Tarvitsemme pienen tiedoston, joka kertoo kääntäjälle missä tiedostossa jättää jokaisen osan. Tämä tehdään linkkikirjoituksella. Luomme link.ld:

ENTRY(start)
SECTIONS
{
. = 0x00100000;
.multiboot_header :
{
*(.multiboot_header)
}
.text :
{
code = .; _code = .; __code = .;
*(.text)
. = ALIGN(4096);
}
.data :
{
data = .; _data = .; __data = .;
*(.data)
*(.rodata)
. = ALIGN(4096);
}
.bss :
{
bss = .; _bss = .; __bss = .;
*(.bss)
. = ALIGN(4096);
}
end = .; _end = .; __end = .;
}


Tällä määritellään kunkin osan sijainti ja alkupiste, jonka olemme määrittäneet kernel.asm-tiedostossa. Nyt voimme yhdistää kaiken tämän keittämisen:

gcc -o START.ELF kernel.o NextKernel_Main.o -Tlink.ld -nostdlib -fPIC -ffreestanding -lgcc

Nyt kopioimme START.ELF seuraavaan kansioon, joka simuloi käyttöjärjestelmän juuria. Menemme konsolin avulla uuden käyttöjärjestelmän juurikansioon ja varmistamme, että tiedostoja on kaksi: yksi /boot/grub/grub.cfg ja toinen /sext/START.ELF.

Menemme ylempään hakemistoon ja kutsumme ISO-luontiohjelman, jossa GRUB on kutsuttu grub-mkrescue

grub-mkrescue -o nextdivel.iso nextroot

Kun olemme tehneet tämän, meillä on ISO. Tämä ISO voidaan avata tietokoneilla x86 (Myös 64 bittiä) ja virtuaalikoneet. Testaan ​​sen, aion käyttää QEMU. Me kutsumme QEMU komentoriviltä:

qemu-system-i386 nextdivel.iso

Alkaa SeaBIOS ja myöhemmin meillä on GRUB. Myöhemmin, jos kaikki on oikein, näemme lauseemme.
Luulet, että tämä on vaikeaa, vastaan ​​kyllä.

Käyttöjärjestelmän todellinen luominen on vaikeaa ja että tämä ei tee mitään hyödyllistä. Tulevissa luvuissa näemme kuinka käsitellä ruudun värejä, varata muistia ja jos pystyn, kuinka saada tietoja näppäimistöltä.

Jos joku ei halua kopioida kaikkea tähän, minulla on arkisto osoitteessa GitHub (tarkemmin) käyttöjärjestelmän kanssa SeuraavaDivel. Jos haluat koota SeuraavaDivel sinun täytyy vain olla git ja cmake:

git clone https://github.com/AdrianArroyoCalle/next-divel
cd next-divel
mkdir build && cd build
cmake ..
make
make DESTDIR=next install
chmod +x iso.sh
./iso.sh
qemu-system-i386 nextdivel.iso


Kehotan teitä tekemään yhteistyötä NextDivelin kanssa, jos sinulla on aikaa ja halua luoda käyttöjärjestelmä. Ehkä jopa parempi kuin Linux ... aika näyttää.