Linus Torvalds'ı Taklit Etmek: Kendi işletim sisteminizi sıfırdan oluşturun (I)

Öncelikle, bunun ilk makalem olduğunu ve umarım beğeneceğinizi söyleyin.

Bu seride öyküneceğiz Linus Torvalds, işletim sistemimizi 0'dan oluşturacağız. Bu ilk bölümde önyüklemeyi göreceğiz ve çekirdeğimizden ekrana bir metin koyacağız.

Benim durumumda işletim sistemi çağrılır SonrakiDivel. İşletim sistemini düşündüğümüz anda vermemiz gereken ilk karar, bootloader ne olacak?

Burada birden fazla varyant var ve biz de bir tane yaratabiliriz; ancak bu eğitimde kullanacağım GRUBçünkü çoğu kişi onun hakkında az çok bir şeyler biliyor. İşletim sistemimizin kökü olacak bir klasör oluşturuyoruz ve orada / boot / grub klasörünü oluşturuyoruz

mkdir nextroot && cd nextroot

mkdir -p boot/grub

Orada grub.cfg dosyasını aşağıdaki gibi oluşturuyoruz:

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


Bu dosyada nasıl olduğunu gördük GRUB çekirdeğimizi bu durumda /next/START.ELF dizinine yükleyeceğiz. Şimdi çekirdeğimizi oluşturmalıyız.

Bunun için ihtiyacımız olacak GCC y GAZ (projenin montajcısı GNU, genellikle gcc ile birlikte gelir). Yani çekirdeği yaratacağız.

Önce kernel.asm adında bir dosya oluşturuyoruz. Bu dosya çekirdeğimizin başlangıç ​​noktasını içerecek ve aynı zamanda çoklu önyüklemeyi de tanımlayacaktır (bazı önyükleyicilerin bir özelliği GRUB). Kernel.asm dosyasının içeriği şöyle olacaktır:

.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

Çoklu önyüklemeyle ilgili her şey, başka hiçbir şeyle ilgili spesifikasyona uymamaktır. Her şey başlangıçta başlayacak, multiboot_entry'yi çağıracak, multiboot başlığını ilk 4k'de tanımlayacağız ve onu koyacağız (movl ile).

Daha sonra çekirdek C fonksiyonumuz olan NextKernel_Main'i çağırıyoruz. Döngüde bilgisayarı durdurmak için dururuz. Bu, şunlarla derlenir:

as -o kernel.o -c kernel.asm

Şimdi C'de programlamaya gireceğiz. Şimdi her şeyin bir parça kek olduğunu düşüneceksiniz, bir printf en ana ve işte bu, başardık.

O zamandan beri hayır printf y ana bunlar işletim sistemi tarafından tanımlanan işlevlerdir, ancak biz onları yaratıyoruz! Yalnızca kendimizi tanımladığımız işlevleri kullanabiliriz.

Daha sonraki bölümlerde kendi C kütüphanemizi (glibc, bionic, newlibc) ama zaman zaman nasıl koyacağımızdan bahsedeceğim. Ekrana metin koymak istediğimizi konuştuk, nasıl yaptığımızı göreceğiz.

İki seçenek vardır, biri BIOS diğeri ise ekran belleğini doğrudan yönetmektir. İkincisini yapacağız çünkü C'den daha net ve aynı zamanda korumalı moda girdiğimizde bunu yapmamıza izin verecek.

Aşağıdaki içeriğe sahip NextKernel_Main.c adlı bir dosya oluşturuyoruz:

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;
}

Bununla doğrudan hafızayı manipüle ediyoruz VGA ve karakter karakter yazıyoruz. Stdlib'i devre dışı bırakarak derliyoruz:
gcc -o NextKernel_Main.o -c NextKernel_Main.c -nostdlib -fPIC -ffreestanding

Bu kadar ileri gittiyseniz, yepyeni işletim sisteminizi şimdi denemek isteyeceksiniz, ancak henüz bitirmedik. Derleyiciye her bölümü dosyanın neresinden ayrılacağını söyleyen küçük bir dosyaya ihtiyacımız var. Bu, bir bağlayıcı komut dosyasıyla yapılır. Link.ld oluşturuyoruz:

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 = .;
}


Bununla, her bölümün konumunu ve kernel.asm'da tanımladığımız başlangıç ​​noktasını, yani başlangıç ​​noktasını tanımlarız. Şimdi tüm bu karışımı birleştirebiliriz:

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

Şimdi START.ELF'i işletim sistemimizin kökünü simüle eden klasörümüzün içinde / next'e kopyalıyoruz. Konsol ile yeni işletim sistemimizin kök klasörüne gidip iki dosya olduğunu doğruluyoruz: bir /boot/grub/grub.cfg ve diğeri /next/START.ELF.

Üst dizine gidiyoruz ve GRUB adlı bir ISO oluşturma yardımcı programını çağırıyoruz. grub-mkrescue

grub-mkrescue -o nextdivel.iso nextroot

Bunu yaptıktan sonra bir ISO. Bu ISO bilgisayarlarda açılabilir x86 (64 bit de) ve sanal makineler. Test etmek için kullanacağım QEMU. Biz ararız QEMU komut satırından:

qemu-system-i386 nextdivel.iso

Başlayacak Deniz BIOS'u ve sonra sahip olacağız GRUB. Daha sonra her şey doğruysa ifademizi göreceğiz.
Bunun zor olduğunu düşüneceksin, sana cevap veriyorum, evet öyle.

Gerçekten bir işletim sistemi oluşturmak zordur ve buradaki bu işletim sistemi yararlı hiçbir şey yapmaz. Gelecek bölümlerde ekrandaki renkleri nasıl kullanacağımızı, hafızayı nasıl ayıracağımızı ve eğer yapabilirsem klavyeden nasıl veri alacağımızı göreceğiz.

Birisi her şeyi burada kopyalamak istemiyorsa, şu adreste bir depom var: GitHub (daha ayrıntılı) işletim sistemiyle SonrakiDivel. Derlemek istiyorsanız SonrakiDivel sadece git ve cmake yapmalısın:

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


Bir işletim sistemi oluşturmak için zamanınız ve arzunuz varsa, NextDivel üzerinde işbirliği yapmanızı tavsiye ederim. Belki Linux'tan bile üstün ... zaman gösterecektir.