Linus Torvaldsのエミュレート：独自のオペレーティングシステムを最初から作成する（I）

まず、これが私の最初の記事であり、皆さんが気に入ってくれることを願っています。

このシリーズでは、エミュレートします リーナス·トーバルズ、0からオペレーティングシステムを作成します。この最初のエピソードでは、ブートを確認し、カーネルから画面にテキストを配置します。

私の場合、オペレーティングシステムは 次のディベル。 オペレーティングシステムを検討したらすぐに最初に決定する必要があるのは、ブートローダーがどうなるかということです。

ここには複数のバリエーションがあり、自分で作成することもできます。 ただし、このチュートリアルでは使用します GRUB、ほとんどの人が彼について多かれ少なかれ何かを知っているからです。 オペレーティングシステムのルートとなるフォルダーを作成し、そこに/ boot / grubフォルダーを作成します。

mkdir nextroot && cd nextroot

mkdir -p boot/grub

そこで、次のようにgrub.cfgファイルを作成します。

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


このファイルでは、どのように GRUB この場合、カーネルを/next/START.ELFにロードします。 次に、カーネルを作成する必要があります。

このために必要になります GCC y GAS （プロジェクトのアセンブラー GNU、通常はgccに付属しています）。 そこで、カーネルを作成します。

まず、kernel.asmというファイルを作成します。 このファイルには、カーネルの開始点が含まれ、マルチブート（次のような一部のブートローダーの機能）も定義されます。 GRUB）。 kernel.asmの内容は次のようになります。

.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

マルチブートに関連するすべては、単に仕様に従うことだけです。 すべてが開始時に開始され、multiboot_entryが呼び出され、最初の4kでマルチブートヘッダーが定義され、（movlを使用して）配置されます。

後で、カーネルC関数であるNextKernel_Mainを呼び出します。 ループでは、コンピューターを停止するために停止します。 これは次のようにコンパイルされます。

as -o kernel.o -c kernel.asm

今度はCでプログラミングに入ります。これですべてが簡単だと思うでしょう。 printf en メイン それだけです、私たちはそれをしました。

いや、 printf y メイン これらはオペレーティングシステムによって定義される関数ですが、私たちはそれらを作成しています！ 自分で定義した関数しか使用できません。

後の章では、独自のCライブラリ（glibc、bionic、newlibc）を配置する方法について説明しますが、時々説明します。 画面にテキストを表示したいという話をしましたが、その方法を見ていきます。

XNUMXつのオプションがあります。XNUMXつは BIOS もうXNUMXつは、画面メモリを直接管理することです。 後者はCからより明確であり、プロテクトモードに入るときにも実行できるため、後者を実行します。

次の内容のNextKernel_Main.cというファイルを作成します。

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;
}

これでメモリを直接操作します VGA そして、私たちが書いている文字ごとに。 stdlibを無効にしてコンパイルします。
gcc -o NextKernel_Main.o -c NextKernel_Main.c -nostdlib -fPIC -ffreestanding

ここまで進んだら、今すぐ新しいオペレーティングシステムを試してみることをお勧めしますが、まだ完了していません。 ファイル内のどこに各セクションを残すかをコンパイラーに指示する小さなファイルが必要です。 これは、リンカースクリプトを使用して実行されます。 link.ldを作成します。

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 = .;
}


これを使用して、kernel.asmで定義した各セクションの位置とエントリポイントstartを定義します。 これで、このすべての調合を統合できます。

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

次に、オペレーティングシステムのルートをシミュレートするフォルダー内の/ nextにSTART.ELFをコピーします。 コンソールを使用して新しいオペレーティングシステムのルートフォルダーに移動し、XNUMXつのファイルがあることを確認します。XNUMXつは/boot/grub/grub.cfgで、もうXNUMXつは/next/START.ELFです。

上位ディレクトリに移動し、GRUBを使用してISO作成ユーティリティを呼び出します。 grub-mkrescue

grub-mkrescue -o nextdivel.iso nextroot

これを実行すると、 ISO。 このISOはコンピューターで開くことができます x86 （64ビットも）および仮想マシン。 それをテストするために、私は使用するつもりです QEMU。 私たちは QEMU コマンドラインから：

qemu-system-i386 nextdivel.iso

始まります SeaBIOS そして後で私達は持っているでしょう GRUB。 後ですべてが正しければ、フレーズが表示されます。
あなたはこれが難しいと思うでしょう、私は答えます、そうです。

実際にオペレーティングシステムを作成することは困難であり、これはここでは何の役にも立ちません。 今後の章では、画面の色を処理する方法、メモリを予約する方法、可能であればキーボードからデータを取得する方法について説明します。

誰かがここにすべてをコピーしたくない場合は、私はにリポジトリを持っています GitHubの （より精巧な）オペレーティングシステム 次のディベル。 コンパイルしたい場合 次のディベル あなたはただgitとcmakeを持っている必要があります：

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


オペレーティングシステムを作成する時間と希望がある場合は、NextDivelで共同作業することをお勧めします。 おそらくLinuxよりも優れているでしょう...時間がわかります。