Paggaya sa Linus Torvalds: Lumikha ng iyong sariling operating system mula sa simula (I)

Una sa lahat, magbigay ng puna na ito ang aking unang artikulo at sana magustuhan ninyong lahat.

Sa seryeng ito ay tutularan natin Linus Torvalds, lilikha namin ang aming operating system mula sa 0. Sa unang yugto na ito makikita namin ang boot at maglalagay kami ng isang teksto sa screen mula sa aming kernel.

Sa aking kaso ang operating system ay tinawag SusunodDivel. Ang unang desisyon na dapat nating gawin sa lalong madaling isaalang-alang natin ang operating system ay ano ang magiging bootloader?

Dito maraming mga pagkakaiba-iba, at maaari pa kaming lumikha ng isa sa aming sarili; gayunpaman sa tutorial na ito ay gagamitin ko GRUB, dahil ang karamihan ay may nalalaman tungkol sa kanya tungkol sa higit pa. Lumilikha kami ng isang folder na magiging ugat ng aming operating system at doon namin nilikha ang folder na / boot / grub

mkdir nextroot && cd nextroot

mkdir -p boot/grub

Doon nilikha namin ang grub.cfg file tulad ng sumusunod:

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


Sa file na ito nakita natin kung paano GRUB mai-load ang aming kernel, sa kasong ito, sa / sunod /START.ELF. Ngayon dapat nating likhain ang aming kernel.

Para dito kakailanganin natin ang GCC y GAS (ang nagtitipon ng proyekto GNU, karaniwang kasama ng gcc). Kaya't lilikha kami ng kernel.

Una naming gumawa ng isang file na tinatawag na kernel.asm. Maglalaman ang file na ito ng panimulang punto ng aming kernel at tatukoyin din ang multiboot (isang tampok ng ilang mga bootloader tulad ng GRUB). Ang nilalaman ng kernel.asm ay magiging:

.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

Lahat ng nauugnay sa multiboot ay sundin lamang ang detalye na wala nang iba. Magsisimula ang lahat sa simula, tatawag ito sa multiboot_entry, matutukoy namin ang multiboot header sa unang 4k at ilalagay namin ito (na may Movl).

Mamaya tawagan namin ang NextKernel_Main na kung saan ay ang aming kernel C function. Huminto kami sa loop upang ihinto ang computer. Pinagsasama ito sa:

as -o kernel.o -c kernel.asm

Ngayon ay papasok kami sa programa sa C. Sa tingin mo na ngayon ang lahat ay isang piraso ng cake, naglagay kami ng printf en pangunahin at yun lang, nagawa na natin.

Well hindi, simula noon printf y pangunahin ang mga ito ay mga pagpapaandar na tinukoy ng operating system, ngunit nilikha namin sila! Magagamit lamang namin ang mga pagpapaandar na tinukoy namin sa aming sarili.

Sa mga susunod na kabanata ay pag-uusapan ko kung paano maglagay ng aming sariling C library (glibc, bionic, newlibc) ngunit oras-oras. Pinag-usapan namin na nais naming maglagay ng teksto sa screen, makikita namin kung paano namin ito ginagawa.

Mayroong dalawang mga pagpipilian, ang isa ay upang tawagan ang BIOS at isa pa ay upang pamahalaan ang memorya ng screen nang direkta. Gagawin namin ang huli dahil mas malinaw ito mula sa C at papayagan din kaming gawin ito kapag pumasok kami sa protektadong mode.

Lumilikha kami ng isang file na tinatawag na NextKernel_Main.c na may sumusunod na nilalaman:

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;
}

Sa pamamagitan nito direkta naming manipulahin ang memorya VGA at tauhan ayon sa karakter isinusulat namin ito. Nag-iipon kami sa pamamagitan ng hindi pagpapagana ng stdlib:
gcc -o NextKernel_Main.o -c NextKernel_Main.c -nostdlib -fPIC -ffreestanding

Kung nagawa mo ito hanggang ngayon, gugustuhin mong subukan ang iyong bagong-bagong operating system ngayon, ngunit hindi pa kami tapos. Kailangan namin ng isang maliit na file na nagsasabi sa tagatala kung saan sa file na iwanan ang bawat seksyon. Ginagawa ito sa isang script ng linker. Lumilikha kami ng 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 = .;
}


Sa pamamagitan nito tinukoy namin ang posisyon ng bawat seksyon at ang entry point, simula, na tinukoy namin sa kernel.asm. Ngayon ay maaari nating pagsamahin ang lahat ng concoction na ito:

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

Ngayon kinokopya namin ang Start.ELF sa / susunod sa loob ng aming folder na tumutulad sa ugat ng aming operating system. Pumunta kami sa root folder ng aming bagong operating system gamit ang console at i-verify na mayroong dalawang mga file: isa /boot/grub/grub.cfg at isa pang / sunod /START.ELF.

Pumunta kami sa itaas na direktoryo at tumawag sa isang utility ng paglikha ng ISO na tinatawag na GRUB grub-mkrescue

grub-mkrescue -o nextdivel.iso nextroot

Kapag nagawa na natin ito magkakaroon tayo ng ISO. Ang ISO na ito ay maaaring buksan sa mga computer x86 (64 bit din) at virtual machine. Upang subukan ito, gagamitin ko QEMU. Tinatawag namin QEMU mula sa linya ng utos:

qemu-system-i386 nextdivel.iso

Magsisimula na SeaBIOS at sa paglaon magkakaroon tayo GRUB. Mamaya kung ang lahat ay tama makikita natin ang aming parirala.
Aakalain mong mahirap ito, sasagutin kita, oo ito.

Ang tunay na paglikha ng isang operating system ay mahirap at ang isang ito dito ay hindi gumawa ng anumang kapaki-pakinabang. Sa hinaharap na mga kabanata makikita natin kung paano hawakan ang mga kulay sa screen, magreserba ng memorya at kung maaari ko, kung paano makakuha ng data mula sa keyboard.

Kung ang isang tao ay hindi nais na kopyahin ang lahat dito, mayroon akong isang imbakan sa GitHub (mas detalyado) sa operating system SusunodDivel. Kung nais mong mag-ipon SusunodDivel kailangan mo lang magkaroon ng git at 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


Hinihimok kita na makipagtulungan sa NextDivel kung mayroon kang oras at pagnanais na lumikha ng isang operating system. Marahil kahit na higit sa Linux ... sasabihin ng oras.