Угледање на Линуса Торвалдса: Креирајте свој властити оперативни систем од нуле (И)

Пре свега, коментаришите да је ово мој први чланак и да желим да вам се свиди.

У овој серији ћемо се угледати Линус Торвалдс, креираћемо наш оперативни систем од 0. У овој првој епизоди ћемо видети боот и поставићемо текст на екран из нашег језгра.

У мом случају се зове оперативни систем НектДивел. Прва одлука коју морамо донети чим размотримо оперативни систем је шта ће бити боотлоадер?

Овде постоји више варијанти, а једну бисмо могли и сами да створимо; међутим у овом упутству ћу се користити ГРУБ, јер већина зна више или мање нешто о њему. Креирамо директоријум који ће бити корен нашег оперативног система и тамо креирамо директоријум / боот / груб

mkdir nextroot && cd nextroot

mkdir -p boot/grub

Тамо креирамо датотеку груб.цфг на следећи начин:

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


У овој датотеци смо видели како ГРУБ учитаће наше језгро, у овом случају, у /нект/СТАРТ.ЕЛФ. Сада морамо створити свој кернел.

За ово ће нам требати ГЦЦ y ГАС (асемблер пројекта ГНУ-, обично долази са гцц). Дакле, креираћемо језгро.

Прво направимо датотеку звану кернел.асм. Ова датотека ће садржати почетну тачку нашег језгра и такође ће дефинисати мултибоот (карактеристика неких покретачких програма попут ГРУБ). Садржај кернел.асм ће бити:

.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

Све што је везано за мултибоот је једноставно следити спецификацију и ништа друго. Све ће почети у старту, зваће мултибоот_ентри, дефинисаћемо заглавље мултибоот-а у првих 4к и поставићемо га (са мовл).

Касније зовемо НектКернел_Маин који је наша функција кернела Ц. У петљи заустављамо рачунар. Ово се компајлира са:

as -o kernel.o -c kernel.asm

Сада ћемо ући у програмирање на Ц. Помислићете да је сада све само колач, ставили смо принтф en главни и то је то, успели смо.

Па не, пошто принтф y главни то су функције које дефинише оперативни систем, али ми их креирамо! Можемо да користимо само функције које сами дефинишемо.

У каснијим поглављима говорићу о томе како ставити сопствену Ц библиотеку (глибц, биониц, невлибц), али с времена на време. Разговарали смо да желимо да ставимо текст на екран, па ћемо видети како ћемо то урадити.

Постоје две могућности, једна је да позовете БИОС а друго је директно управљање меморијом екрана. Урадићемо ово друго јер је јасније из Ц, а такође ће нам то омогућити када уђемо у заштићени режим.

Креирамо датотеку која се зове НектКернел_Маин.ц следећег садржаја:

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;
}

Овим директно управљамо меморијом ХДМИ и лик по карактер пишемо. Компајлирамо деактивирањем стдлиб:
gcc -o NextKernel_Main.o -c NextKernel_Main.c -nostdlib -fPIC -ffreestanding

Ако сте стигли толико далеко, сада ћете желети да испробате свој потпуно нови оперативни систем, али још нисмо завршили. Потребна нам је мала датотека која компајлеру говори где у датотеци треба да напусти сваки одељак. То се ради помоћу скрипте за повезивање. Креирамо линк.лд:

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 = .;
}


Овим дефинишемо положај сваког одељка и улазну тачку, старт, коју смо дефинисали у кернел.асм. Сада можемо објединити сву ову измишљотину:

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

Сада копирамо СТАРТ.ЕЛФ у / нект у нашу фасциклу која симулира корен нашег оперативног система. Идемо у основну фасциклу нашег новог оперативног система са конзолом и проверавамо да постоје две датотеке: једна /боот/груб/груб.цфг и друга /нект/СТАРТ.ЕЛФ.

Идемо у горњи директоријум и позивамо услужни програм за креирање ИСО-а са позваним ГРУБ-ом груб-мкресцуе

grub-mkrescue -o nextdivel.iso nextroot

Када ово урадимо, имаћемо ИСО. Овај ИСО се може отворити на рачунарима x86 (64 бита такође) и виртуелне машине. Да бих је тестирао, користићу КЕМУ. Ми зовемо КЕМУ из командне линије:

qemu-system-i386 nextdivel.iso

Ће почети СеаБИОС а касније ћемо имати ГРУБ. Касније, ако је све тачно, видећемо нашу фразу.
Помислићете да је ово тешко, одговарам, јесте.

Стварно је стварање оперативног система тешко и овај овде не чини ништа корисно. У будућим поглављима видећемо како се рукује бојама на екрану, резервише меморија и ако могу како се преузимају подаци са тастатуре.

Ако неко не жели да копира све овде, имам спремиште на ГитХуб (детаљније) са оперативним системом НектДивел. Ако желите да саставите НектДивел морате имати гит и цмаке:

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


Подстичем вас да сарађујете на НектДивелу ако имате времена и жеље да креирате оперативни систем. Можда чак и супериорнији од Линука ... време ће показати.