Līnusa Torvalda atdarināšana: izveidojiet savu operētājsistēmu no jauna (I)

Vispirms komentējiet, ka šis ir mans pirmais raksts un ka es ceru, ka jums visiem tas patiks.

Šajā sērijā mēs gatavojamies līdzināties Linuss Torvalds, mēs izveidosim savu operētājsistēmu no 0. Šajā pirmajā epizodē mēs redzēsim sāknēšanu un ekrānā no sava kodola ievietosim tekstu.

Manā gadījumā tiek saukta operētājsistēma NākamaisDivel. Pirmais lēmums, kas mums jāpieņem, tiklīdz uzskatām, ka operētājsistēma ir tāds, kāds būs sāknēšanas ielādētājs?

Šeit ir vairāki varianti, un mēs pat varētu tādu izveidot paši; tomēr šajā apmācībā es to izmantoju GRUB, jo lielākā daļa par viņu zina vairāk vai mazāk kaut ko. Mēs izveidojam mapi, kas būs mūsu operētājsistēmas sakne, un tur mēs izveidojam mapi / boot / grub

mkdir nextroot && cd nextroot

mkdir -p boot/grub

Tur mēs izveidojam grub.cfg failu šādi:

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


Šajā failā mēs esam redzējuši, kā GRUB šajā gadījumā ielādēs mūsu kodolu mapē /next/START.ELF. Tagad mums ir jāizveido savs kodols.

Šim nolūkam mums būs nepieciešams GCC y GAS (projekta montētājs GNU, parasti nāk ar gcc). Tāpēc mēs izveidosim kodolu.

Vispirms mēs izveidojam failu ar nosaukumu kernel.asm. Šajā failā būs mūsu kodola sākumpunkts, un tas arī definēs vairāku sāknēšanu (dažu sāknēšanas ielādētāju, GRUB). Kernel.asm saturs būs:

.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

Viss, kas saistīts ar multiboot, ir vienkārši ievērot specifikāciju neko citu. Viss sāksies sākumā, tas izsauks multiboot_entry, mēs būsim definējuši multiboot galveni pirmajos 4k un ieliksim to (ar movl).

Vēlāk mēs saucam NextKernel_Main, kas ir mūsu kodola C funkcija. Cilpā mēs apstājamies, lai apturētu datoru. Tas apkopo ar:

as -o kernel.o -c kernel.asm

Tagad mēs ievadīsim programmēšanu C. Jūs domājat, ka tagad viss ir kūkas gabals, mēs ieliekam printf en galvenais un tas ir viss, mēs to esam izdarījuši.

Nu nē, kopš printf y galvenais Tās ir funkcijas, kuras nosaka operētājsistēma, bet mēs tās veidojam! Mēs varam izmantot tikai tās funkcijas, kuras paši definējam.

Turpmākajās nodaļās es runāšu par to, kā ievietot mūsu pašu C bibliotēku (glibc, bionic, newlibc), bet laiku pa laikam. Mēs esam apsprieduši, ka mēs vēlamies ievietot tekstu uz ekrāna, un mēs redzēsim, kā mēs to darīsim.

Ir divas iespējas, viena ir piezvanīt BIOS un vēl viens ir tieši pārvaldīt ekrāna atmiņu. Mēs darīsim pēdējo, jo tas ir skaidrāk no C, un tas arī ļaus mums to izdarīt, kad mēs ieslēdzam aizsargāto režīmu.

Mēs izveidojam failu ar nosaukumu NextKernel_Main.c ar šādu saturu:

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;
}

Ar to mēs tieši manipulējam ar atmiņu VGA un raksturs pēc rakstura mēs to rakstām. Mēs apkopojam, atspējojot stdlib:
gcc -o NextKernel_Main.o -c NextKernel_Main.c -nostdlib -fPIC -ffreestanding

Ja esat to paveicis tik tālu, vēlēsities izmēģināt savu pavisam jauno operētājsistēmu jau tagad, taču mēs to vēl neesam darījuši. Mums vajadzīgs mazs fails, kas kompilatoram norāda, kur failā atstāt katru sadaļu. Tas tiek darīts ar saites skriptu. Mēs izveidojam 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 = .;
}


Ar to mēs definējam katras sadaļas pozīciju un sākuma punktu, sākumu, kuru esam definējuši kodolā.asm. Tagad mēs varam apvienot visu šo sacepumu:

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

Tagad mēs kopējam START.ELF uz / nākamo mapē, kas simulē mūsu operētājsistēmas sakni. Mēs ar konsoli dodamies uz jaunās operētājsistēmas saknes mapi un pārbaudām, vai ir divi faili: viens /boot/grub/grub.cfg un vēl viens /next/START.ELF.

Mēs ejam uz augšējo direktoriju un izsaucam ISO izveides utilītu ar izsauktu GRUB grub-mkrescue

grub-mkrescue -o nextdivel.iso nextroot

Kad tas būs izdarīts, mums būs ISO. Šo ISO var atvērt datoros x86 (Arī 64 biti) un virtuālās mašīnas. Lai to pārbaudītu, es gatavojos izmantot QEMU. Mēs saucam QEMU no komandrindas:

qemu-system-i386 nextdivel.iso

Sāksies SeaBIOS un vēlāk mums būs GRUB. Vēlāk, ja viss ir pareizi, mēs redzēsim savu frāzi.
Jūs domājat, ka tas ir grūti, es jums atbildu, jā, tā ir.

Operētājsistēmas izveide ir sarežģīta un ka šī šeit nedara neko noderīgu. Turpmākajās nodaļās mēs redzēsim, kā rīkoties ar ekrānā redzamajām krāsām, rezervēt atmiņu un, ja es varu, kā iegūt datus no tastatūras.

Ja kāds nevēlas visu šeit nokopēt, man ir krātuve GitHub (sarežģītāk) ar operētājsistēmu NākamaisDivel. Ja vēlaties apkopot NākamaisDivel jums vienkārši jābūt git un 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


Es iesaku jums sadarboties ar NextDivel, ja jums ir laiks un vēlme izveidot operētājsistēmu. Varbūt pat pārāks par Linux ... laiks rādīs.