Пишем операционную систему. Часть 1. Загрузчик
Всем привет! Сегодня мы напишем загрузчик, который будет выводить «Hello World» и запустим его на VirtualBox. Писать будем на ассемблере FASM. Скачать его можно отсюда. Также нам понадобится собственно VirtualBox и UltraISO. Перед тем как писать код, разберемся как загружаются операционные системы.
Итак, когда мы нажимаем большую кнопку включения на нашем компьютере запускается система, которая есть на любом компьютере — BIOS (Basic Input/Output System или базовая система ввода/вывода). Задача BIOS это:
Этот код требует немного пояснений. Командой
мы говорим, что код нужно загружать в ОЗУ по адресу 0x7C00. В строках
мы устанавливаем видео режим 80х25 (80 символов в строке и 25 строк) и тем самым очищаем экран.
Здесь мы устанавливаем курсор. За это отвечает функция 2h прерывания 10h. В регистр dh мы помещаем координату курсора по Y, а в регистр dl — по X.
Печатаем строку. За это отвечает функция 13h прерывания 10h. В регистр bp мы помещаем саму строку, в регистр cx — число символов в строке, в регистр bl — атрибут, в нашем случае цвет, он будет зеленым. На цвет фона влияют первые 4 бита, на цвет текста — вторые 4 бита. Ниже представлена таблица цветов
Откомпилируем код нажатием клавиш Ctrl + F9 и сохраним полученный файл как boot.bin.
Запуск
Запускаем UltraISO и перетаскиваем наш бинарник в специальную область (отмечено красной стрелкой).
Далее кликаем правой кнопкой мыши по бинаринку и нажимаем кнопку примерно с такой надписью: «Установить загрузочным файлом». Далее сохраняем наш файл в формате ISO.
Открываем VIrtualBox и создаем новую виртуальную машину (если вы не знаете, как это делается, кликайте сюда). Итак, после того, как вы создали виртуальную машину, нажимаем «Настроить, выбираем пункт „Носители“, нажимаем на „Пусто“, там где „Привод“ есть значок оптического диска. Нажимаем на него и выбираем „Выбрать образ оптического диска“, ищем наш ISO файл, нажимаем „Открыть“. Сохраняем все настройки и запускаем виртуальную машину. На экране появляется наш „Hello World!“.
На этом первый выпуск подходит к концу. В следующей части мы научим наш загрузчик читать сектора диска и загрузим свое первое ядро!
Насколько сложно написать свою операционную систему?
Концептуальная плата REX и простой процессор WRAMP разработаны специально для обучения студентов компьютерной архитектуре, системному программированию и ассемблеру
Десять лет назад ходили анекдоты про Дениса Попова, который долго и упорно настаивал, что написал свою операционную систему «с нуля». Это считалось своеобразным синонимом «изобрести велосипед», то есть совершенно бессмысленной тратой времени. Анекдотизм ситуации состоял в том, что школьник из Нижнего Тагила скопировал Ubuntu, но был искренне убеждён в уникальности своего проекта.
Но действительно честная попытка написать свою операционку — не такое уж и бесцельное занятие (кстати, как сконструировать велосипед с нуля). По ходу дела может оказаться, что некоторые казавшиеся «очевидными» детали современных ОС спроектированы совсем не оптимально. Или вовсе не нужны.
Если бы ядро Unix писали сегодня, оно выглядело бы иначе. Подобные эксперименты могут напомнить о некоторых фундаментальных изъянах, несовершенствах или рудиментах современных ОС, на которые мы привычно закрываем глаза.
Человек, которого до сих пор вспоминают
Наверное, на фразе «новая операционная система с нуля» линуксоиды со стажем тепло и ласково улыбаются, вспоминая легендарную BolgenOS.
История началась с поста на ЛОРе от 31 декабря 2009 года, который впоследствии разошёлся на мемы:
«Привет всем кто пользуется системой Linux! Я пишу систему (точнее собираю для нее дистрибутив, вскоре будет готова). Назвал ее Bolgenos. Дописал на qt4 программы для GNOME (пока это основная среда рабочего стола), добавил апплеты для панелей и переписал модуль загрузки на свой лад. Систему я делаю с нуля (не переделывая Debian или Ubuntu). В качестве шелла Bash, а загрузчик GRUB. Установщик для системы я написал, и работает он в графическом режиме. Будет ориентирована на российских пользователей (но английский я оставил).
Уважаемые пользователи Linux пишите то что Вы хотите увидеть в этой системе или как говорится ваши пожелания. По возможности постараюсь включить всё в дистрибутив и сделать его как можно удобнее, обещаю его онлайн поддерживать :-)»
Как выяснилось впоследствии, автор не шутил. «Гениальным» программистом оказался Денис Попов, ученик 11-го класса школы №55 из Нижнего Тагила. На некоторое время «российский умелец» стал звездой теленовостей, презентация своей сборки Ubuntu он провёл на форуме «Юные интеллектуалы Среднего Урала».
В вышеупомянутом треде Денис пожаловался на недоброжелателей: «Такие люди как вы постоянно пишут, что у меня это не получится. Я докажу всем, что мой проект станет лучше, чем Debian».
Хотя имя Дениса Попова со временем стало нарицательным, как сама BolgenOS, «Антивирус Попова» (ClamAV) и «нескучные обои», однако всей компьютерной тусовке школьник убедительно доказал: синдром Даннинга-Крюгера существует. Как заявил Денис на форуме: «Когда я чего-то хочу, то я добьюсь это с такой скоростью, с какой вам это не снилось!» Здесь комментарии излишни.
Концепция научного прогресса
Предполагаемое метакогнитивное искажение у российского школьника не должно отвлекать от важного факта — неизбежности научного прогресса.
Ведь никто не будет спорить, что появление новых операционных систем и браузеров неизбежно. Да, стоимость таких проектов в трудозатратах с каждым годом растёт. Но это не отменяет фундаментальный закон о неизбежности научного прогресса. В современной науке распространена идея, что научное знание аккумулируется со временем. Поэтому прогресс часто считается «объективным законом реальности». Другими словами, многие учёные современности уверены в том, что учёные будущего будут знать больше их. И чем дальше в будущее — тем больше их знание. Кто-то может сделать вывод, что если прогресс стремится к бесконечности в случае линейного накопления знаний, то современные знания о мире стремятся к нулю.
Так или иначе, но желание создавать глобальные проекты «с нуля» кажется вполне естественным следствием концепции научного прогресса.
«Улучшенный Unix»
Создатели Unix — Деннис Ритчи, Кен Томпсон и их коллеги из Bell Labs — гениальные люди. Естественно, они понимают, что никакая программа по определению не может быть идеальна. Многое зависит от контекста, в котором создаётся проект.
Другими словами, если бы ядро Unix писали сегодня, оно бы выглядело иначе. Это довольно важный факт, учитывая статус *nix-подобных систем в современном мире как самого популярного семейства ОС практически на всех типах компьютеров, кроме десктопов.
Сами создатели Unix в 80-е годы реализовали альтернативный дизайн операционной системы, которую в шутку назвали Plan 9. Эта система должна была преодолеть принципиальные недостатки Unix. В частности, дизайн базируется на трёх основных принципах:
В отличие от современных операционных систем, в которых пользователь получает доступ к конкретному компьютеру, в Plan 9 он получает доступ к распределённой вычислительной среде. Например, в оригинальной статье «Использование пространств имён в Plan 9» (Роб Пайк, Дэйв Пресотто, Кен Томпсон, Говард Трики, Фил Уинтерботтом) приводится такой пример: файл /dev/mouse на компьютере содержит последний 1 байт состояния кнопки и 4 байта состояния каждой из координат курсора мыши, причём это может быть не тот компьютер, к которому физически подключена мышь. Наверное, формулировка звучит немного странно для пользователей, привыкших к терминам централизованной вычислительной среды. По факту в Plan 9 команда cpu запускает удалённую сессию на вычислительном сервере, куда экспортируется локальное пространство имён, включая мышь и дисплей. Таким образом, удалённые программы могут нормально взаимодействовать с мышью на локальном терминале, словно это их мышь.
Впоследствии некоторые идеи Plan 9 были частично реализованы в других ОС:
Мини-Unix
Одна из современных попыток создания новых ОС — Winix. Минималистичная ОС, написанная исключительно в образовательных целях для микропроцессорной архитектуры Waikato RISC Architecture Microprocessor (WRAMP). Процессор сам про себе разработан в образовательных целях, с кастомным ассемблером, похожим на MIPS. Автор говорит, что в разработке вдохновлялся идеями ОС Minix (сокращение от mini-Unix).
Winix включает в себя полнофункциональное ядро с управлением процессами и памятью, файловую систему в памяти (in-memory file system, типа ramdisk) с почти полной поддержкой стандарта POSIX, контроль исключений и оболочку Bourne с интерактивным терминалом, поддержкой конвейеров из нескольких команд с перенаправлением ввода-вывода и т.д.
Запустить систему можно в программном симуляторе платы REX с процессором WRAMP. И эта плата, и симулятор разработаны специально для обучения студентов архитектуре компьютерных систем. Подробнее см. в научной статье.
В него загружаем бинарник Winix (кнопка Quick Load ). Терминал работает через Serial Port 1 :
Список поддерживаемых команд см. здесь. Например, вот snake.c, игра «Змейка».
Благодаря этому проекту можно примерно представить трудозатраты на создание новой операционной системы. В данном случае у одного разработчика это заняло примерно пять лет. Здесь хотя минималистичная, но оригинальная система с нуля, а не кастомная сборка Ubuntu.
Winix разработана для платформы RISC, а сейчас стремительно набирает популярность открытая архитектура RISC-V. Всё больше компаний начинают выпускать совместимое оборудование, да и разные ОС начинают поддерживать RISC.
В наше время появление новой операционной системы — вовсе не уникальное событие. Например, из последних концептуальных ОС можно назвать Barrelfish, Unikraft, RedLeaf, ту же Fuchsia, хотя она ориентирована на мобильные устройства. Активность на конференциях вроде SOSP, OSDI, EuroSys и HotOS демонстрирует, что в системной разработке в последние годы идут очень бурные и интересные исследования. Хотя 20 лет назад Роб Пайк пессимистично высказался о застое в данной области, но сейчас это точно не так. Может быть, количество новых операционных систем на конференциях даже вернулось на пиковый уровень 1980-х годов (6-7 в год). Но остаётся некое ощущение, что академические разработки в сфере системного программирования получают недостаточно внимания со стороны бизнеса и государства, поэтому учёные уходят в другие области computer science вроде дата-майнинга и аналитики, где финансирование куда лучше.
Создание операционной системы на базе ядра linux. С нуля
Рано или поздно каждый пользователь Линукса задумывается над созданием собственного дистрибутива. Некоторые аргументируют это тем, что можно «все настроить под себя». Другие сетуют на то, что среди уже представленных дистрибутивов в Ветке нет идеального. А у них, якобы, есть суперконцептуальные идеи для собственной системы. Зачем я всю эту психологию затеял? Для того, чтобы сразу перекрыть кислород играющимся с Линуксом новичкам, которым делать нечего. Если уж задумались над созданием ОС, думайте до конца. Итак,
Я хочу создать ОС на базе Linux.
Сразу предупреждаю: был бы XVIII век, всех тех, кто для основы своей будущей системы выбирает другой развитый дистрибутив (и, не дай Бог, популярный. ) ждала бы виселица. Пост именно про создание системы с нуля, а значит, всякие Slax и Linux Mint мы трогать не будем.
Шаг 1. Выбор носителя
Вариантов немного: либо ваша ОС запускается с LiveCD, либо с жесткого диска, либо с флеш-устройства. Сразу оговорюсь: не скажу в посте ни слова про жесткий диск, потому что гораздо удобнее создавать гибкий дистрибутив из серии «все свое ношу с собой», либо залоченный дистрибутив на оптическом диске. Если вы научитесь создавать LiveCD или LiveUSB систему, с установкой на жесткий диск проблем не будет.
На всякий случай, приготовьте чистую флешку, CD-диск, и установите, наконец, Virtualbox.
Шаг 2. Компиляция ядра
По поводу выхода третьего ядра Linux, этот шаг воодушевляет на дальнейшие разработки… Итак, нам нужны исходники ядра. Каждый пользователь знает, что их можно достать на сайте kernel.org. Ни в коем случае, слышите?, никогда не прикручивайте к своей системе постороннее ядро, скомпилированное не вами!
Поскольку лень моя зашкаливала, я создал папку /linuxkernel и распаковал туда архив с исходниками. Залогинившись под рутом, я сделал следующее:
cd /linuxkernel
make menuconfig
В принципе, ядро можно конфигурировать тремя способами: make config (диалоговая конфигурация), make menuconfig (псевдографическая конфигурация через ncurses), а также make xconfig (графическая конфигурация). Суть в том, что make config испортит вам настроение надолго, т.к. он задаст все возможные вопросы по всем аспектам всех тем. Проблема с make xconfig встречается не у всех, но вот у меня встречалась и встречается. Если приспичило сделать через X, разбирайтесь сами. Оптимальный вариант — make menuconfig. Эта штука откроет вам псевдографический интерфейс, через который вы сможете настроить ядро на свой лад. Штука требует библиотеки ncurses, которая легко устанавливается.
В принципе, если ваш мозг хоть сколько понимает Линукс, вы разберетесь с конфигурированием. Процесс это интересный, вариантов действительно много, а справка, хоть и на английском языке, но все же радует своей доступностью и простотой.
Еще поройтесь в Device Drivers, полезно. Можете шутки ради понавыбирать там все и скомпилировать ядро весом > 50 Мб.
Далее. Ядро после загрузки себя должно загружать, собственно, систему. Либо из скомпилированных в себе файлов (используются во встраиваемых системах), либо из CPIO архива, сжатого чем-нибудь, либо из Initrd. Здесь вам не DOS, здесь не получится сразу сослаться на какой-нибудь init’овый файл в корневом каталоге диска или флешки. На самом деле получится, не слушайте дядю Анникса! Неправильно это, хоть в Интернете по этому поводу уже нехилая полемика ведется. В своей системе мы будем использовать initrd, т.к. это удобно, и не вызовет нецензурных выражений от сторонних разработчиков, в отличие от CPIO архива.
Ах, да, скомпилируйте ядро командой
Если у вас x86, найдете его по адресу /linuxkernel/arch/x86/boot/bzImage.
Для суровых челябинских программистов можно использовать Кросс-компайлинг…
Теперь нам нужен initrd с установленной там простейшей оболочкой. Мы будем использовать busybox, потому что эта няша может все. Способ мы украдем у Роберто де Лео, создателя Movix (я бы даже уважать его начал, если бы не запредельная любовь к Perl):
Все, теперь у нас есть Ramdisk, емкостью в 5 Мб. Можно и больше, только не нужно. В отличие от Томаса Матеджисека, я не собираюсь пичкать initrd модулями в Squashfs, сжатыми LZMA. Все, что необходимо, будет скомпилировано вместе с ядром. Да, это не очень логично и правильно, но мороки в сто раз меньше. А специально для тех, кто осуждает такой подход, можно разрешить опцию модульности в ядре: Enable loadable module support.
В нашем Ramdisk’е, смонтированном в /distro, есть такая папка, lost+found. Это потому, что мы отформатировали его в ext2. Ни в коем случае нельзя ее удалять, хоть она здесь вряд ли поможет, образ-то фиксированный. Нам бы busybox сначала поставить…
Установка Busybox
Вот почему у таких классных проектов такие отстойные сайты? Хотя… это уже не суть важно, если исходники скачаны и успешно распакованы в папку /busybox.
Сконфигурировать busybox можно так же:
cd /busybox
make menuconfig
Если вы еще не поняли, что это, объясню. Busybox заменяет тонны UNIX приложений, хранящихся в папках /bin, /sbin, /usr/bin, /usr/sbin. Вместо этого, создается только одно приложение: /bin/busybox, а на него создается куча ссылок в указанных выше папках. Установим busybox следующей командой:
make CONFIG_PREFIX=/distro install
Еще Busybox создаст файлы /sbin/init и зачем-то /linuxrc, чтобы ваша система корректно запустилась. Но не все необходимые папки были созданы. Так что завершаем все руками и создаем:
/distro/etc
/distro/lib
/distro/dev
/distro/mnt
distro/proc
/distro/root
/distro/tmp
/distro/root
Если что забыл — вспомните, т.к. директории эти забыть сложно.
Все бы хорошо, вот только busybox для работы требует библиотеки, которые нужно скопировать в наш дистрибутив. Очень легко узнать, какие:
Программа покажет нам библиотеки, требуемые для нашей оболочки. Сразу говорю: linux gate создается ядром и скопирован быть не может.
При копировании библиотек можно отсекать отладочную информацию (так Роберто советует):
Делаем из Линукса Линукс
Надо создать несколько системных текстовых файлов:
Нам нужен /etc/inittab. Удивлю вас: в начале жизни система даже не знает, что такое Root. У нас даже пользователь безымянный, но вот файл общесистемных низкоуровневых фич (ОНФ) должен присутствовать. Пилотное содержание файла следующее:
# Запустить оболочку в консоли.
::respawn:-/bin/sh
# Перезагрузка по нажатии на Ctrl+Alt+Del.
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
Следующий файл — /etc/fstab. Это таблица, в которой описано, что и куда монтировать при загрузке. Вещь бесполезная! Нам нужно обязательно смонтировать proc, иначе вообще ничего работать не будет, так что в файле пишем:
none /proc proc defaults 0 0
Для mount нужен также файл /etc/mtab. Создайте его и оставьте пустым.
Но mount сделает все необходимое только тогда, когда мы явно его об этом попросим. А просить мы будем в том самом первозагрузочном файле /etc/rc.d/rc.S (rc.d — папка). Вежливо попросим:
Еще нам необходим файл профиля (b)(a)sh, тут вообще раздолье для фантазии. Создаем файл /etc/profile и заполняем следующим:
PATH=»$PATH:/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin:»
LESS=-MM
TERM=linux
HOME=/root
PS1=’> ‘
PS2=’> ‘
ignoreeof=10
export PATH DISPLAY LESS TERM PS1 PS2 HOME ignoreeof
Понадобится также файл /etc/shell, в котором указано, что есть оболочка:
Вот собственно и все. Можно записывать наш Ramdisk в файл.
Создание загрузочной флешки
«Финишная прямая» нашей маленькой разработки. Берем флешку, вставляем, форматируем в vfat (можно и в ext, но не забывайте, что еще не все пользователи Windows застрелились).
На флешке создаем папку boot, в ней папки initrd и kernel.
Из папки /os копируем сжатый Ramdisk в папку boot/initrd на флешке, называем «main.gz». Из папки с исходниками ядра копируем bzImage в папку boot/kernel на флешке, называем «main.lk». Достаем файлы загрузчика Syslinux (в Интернете, либо из другого дистрибутива: тут не принципиально), а именно syslinux.bin, syslinux.boot, syslinux.cfg. Копируем их в корневой каталог нашей флешки. В файле syslinux.cfg пишем что-то подобное:
default mm
prompt 1
timeout 100
label mm
kernel /boot/kernel/main.lk
append initrd=/boot/initrd/main.gz load_ramdisk=1 ramdisk_size=5000 rw root=/dev/ram0
label mc
kernel /boot/kernel/main.lk
append initrd=/boot/initrd/custom.gz load_ramdisk=1 ramdisk_size=5000 rw root=/dev/ram0
label cm
kernel /boot/kernel/custom.lk
append initrd=/boot/initrd/main.gz load_ramdisk=1 ramdisk_size=5000 rw root=/dev/ram0
label cc
kernel /boot/kernel/custom.lk
append initrd=/boot/initrd/custom.gz load_ramdisk=1 ramdisk_size=5000 rw root=/dev/ram0
label hd
localboot 0x80
Тем самым мы поддержали кастомные initrd и ядро, которые, эксперимента ради, можно подключить к нашему дистрибутиву.
Узнаем, каким девайсом в системе является наша флешка (можно запустить mount без параметров и посмотреть). Это либо /dev/sdb1, либо /dev/sdc1, либо /dev/sdd1. Стоит отмонтировать флешку перед началом установки.
Устанавливаем syslinux (если пакета в системе нет, apt-get install syslinux):
В корневом каталоге флешки должен появиться файл ldlinux.sys. Если он есть, значит syslinux.bin, syslinux.boot больше не нужны.
Как настроить BIOS на загрузку из флешки, я вам рассказывать не буду — это легко. Скажу только, что очень удобно создать папку /boot/initrd/init, в которую можно будет смонтировать /boot/initrd/main, для последующей работы с ним. Только не забудьте разжимать и сжимать его gzip’ом.
Как-бы я только что рассказал вам, как создать с нуля систему на Linux. Легко, не правда ли? Далее вы можете редактировать скрипт /sbin/init, ведь у вас еще много работы! Вы должны будете написать скрипт для монтирования флешки, который делает chroot в корневой каталог. В противном случае, вы вынуждены будете работать с ReadOnly разделом, величиной в 5 Мб. Но это уже совсем другая история.
Томас Матеджисек — создатель Slax и Linux Live Scripts.
Роберто де Лео — создатель Movix.
Что нужно знать, чтобы написать операционную систему
Создание операционной системы — одна из сложнейших задач в программировании, поскольку требует обширных и комплексных знаний о работе компьютера. Каких именно? Разбираемся ниже.
Что такое ОС
Операционная система (ОС) — это программное обеспечение, которое работает с компьютерным железом и его ресурсами и является мостом между аппаратной и программной частью компьютера.
Компьютеры первого поколения не имели операционных систем. Программы на первых ЭВМ включали в себя код для непосредственной работы системы, связи с периферийными устройствами и вычислений, для выполнения которых эта программа и писалась. Из-за такого расклада даже простые по логике работы программы были сложны в программной реализации.
По мере того как компьютеры становились более разнообразными и сложными, писать программы, которые работали и как ОС, и как приложение, стало попросту неудобно. Поэтому, чтобы программы было легче писать, владельцы компьютеров начали разрабатывать программное обеспечение. Так и появились операционные системы.
ОС предоставляет всё необходимое для работы пользовательских программ. Их появление означало, что теперь программам не нужно контролировать весь объём работ компьютера (это отличный пример инкапсуляции). Теперь программам нужно было работать именно с операционной системой, а система уже сама заботилась о ресурсах и работе с периферией (клавиатура, принтер).
Кратко об истории операционных систем
Первая операционная система была создана в 1956 году компанией General Motors для единственного компьютера IBM. Остальные владельцы этих компьютеров последовали примеру и начали создавать собственные ОС.
Как можно догадаться, первые ОС сильно отличались друг от друга. Почти на каждом компьютере стояла своя система. Хоть они и облегчали написание программ, использовать такие программы можно было только на одном компьютере.
В 1960-х годах IBM стала первой выпускающей компьютеры компанией, которая взяла на себя процесс написания ОС под свои же компьютеры. Компания начала распространять компьютеры вместе со своей операционной системой.
В эти же годы компании Control Data Corporation, Computer Sciences Corporation, Burroughs Corporation, GE, Digital Equipment Corporation и Xerox тоже начали реализовывать свои ОС.
В конце 60-х была разработана первая версия ОС Unix. Написанная на Си, свободно доступная первые годы, Unix привлекала всё больше внимания и аудитории. Она легко портировалась на новые системы и начала набирать обороты.
Многие современные ОС, включая Apple OS X и все разновидности Linux-систем, являются дальними потомками Unix.
Microsoft Windows, в свою очередь, была написана для ряда персональных компьютеров IBM.
Первая ОС от Microsoft называлась не Windows, а MS-DOS. Эта система была создана в 1981 году, когда систему 86-DOS купили у компании Seattle Computer Products и модифицировали её под требования IBM.
Всем привычное название Windows появилось в 1985, когда MS-DOS обзавелась графическим интерфейсом.
Apple OS X, Microsoft Windows и ряд Linux-систем (включая Android) сейчас контролируют большую часть рынка операционных систем.
Составляющие операционной системы
ОС состоит из двух основных частей:
Ядро (англ. kernel)
Сердце операционной системы. Именно оно запускается первым при включении компьютера (не считая BIOS и загрузчик). Ядро контролирует ресурсы компьютера и обрабатывает запросы от системных программ.
Системные программы
Работают поверх ядра. Такие программы нужны, в целом, не для пользователя, а для связи ядра с пользовательскими приложениями и периферией. Примеры системных программ: драйвера устройств, файловая система, сетевые программы, утилиты для дефрагментации диска.
Пользовательские программы
Не являются частью операционной системы. Именно эти программы уже имеют конкретное назначение. Текстовые редакторы, браузеры, медиа-плееры — всё это пользовательские программы. Они контролируются ядром и используют системные программы для доступа к периферии.
Что необходимо знать
Список вещей, которые необходимо знать для создания собственной ОС, очень длинный. Но в нём есть три основных пункта, на которые нужно обратить внимание в первую очередь:
Изучение информатики
Разработка ОС — это не тоже самое, что, скажем, веб-разработка. Тут нельзя будет просто и быстро разобраться в базовых вещах. Для начала нужно получить крепкий базис информатики и только потом переходить к другим темам.
Coursera: Computer Science 101 — это курс, который подойдёт для тех, кто только начал осваиваться в информатике и программировании. Если у вас уже имеются элементарные знания в в этой области, то пропустите этот курс и переходите к следующему.
Udacity: Intro to Computer Science использует веб-разработку в качестве подхода к обучению компьютерной науке. Хоть курс и не направлен на непосредственную разработку ОС, он даёт мощный базис в области программирования.
edX: Introduction to Computer Science — этот курс является самым исчерпывающим и углублённым в этом списке. Несмотря на это, он полностью бесплатен. Курс был разработан в Гарвардском Университете. В нём вас научат алгоритмам, структурам данных, управлению ресурсами, разработке ПО, а так же познакомят с такими языками программирования, как C, PHP и JavaScript.
Подборка книг для самостоятельного изучения Computer Science.
Изучение программирования
С крепкими знаниями в области информатики и хотя бы базовым пониманием программирования вам нужно набраться опыта в разработке проектов.
Udacity: Software Development Process — отличный курс для тех, кто ещё не принимал участие в крупных проектах. Тут вас ознакомят с подробностями рабочего процесса и работой с инструментарием (например Git), а также расскажут о настройке интегрированной среды разработки.
Изучение языков программирования
Для разработки операционной системы вам понадобится освоить минимум два языка программирования:
Первый используется для работы напрямую с процессором. Процессор «понимает» только машинный код, и для каждого типа процессора есть только один соответствующий язык. Одной из самых популярных архитектур процессора является x86. Она была разработана компанией Intel и на текущий момент широко используется многими производителями компьютерного железа, включая AMD. По этой причине в этой статье акцент будет именно на архитектуру x86.
Высокоуровневые языки программирования, в свою очередь, работают сразу на нескольких архитектурах. Самый популярный из таких языков — Cи. Чаще всего именно на нём и пишутся операционные системы. Но это не означает, что этот язык единственный. Для написания ОС можно использовать и более высокоуровневые языки, например C++ или Python.
Прим. перев. Есть пример написания «игрушечных» операционных систем на C#. Cosmos — некий конструктор ОС. В этой статье на практическом примере показывают написание системы всего в нескольких десятках строк.
Язык ассемблера для x86
«x86 Assembly Guide» — неплохо подойдёт для начального изучения ассемблера. Несмотря на то, что эта статья коротка для полного курса, в ней содержится всё необходимое для дальнейшего углубления.
Книга «Programming from the Ground Up» Джонатана Бартлетта является одной из основных по изучению ассемблера. В ней основами языка программирования подкрепляются базисы информатики.
Для изучения ассемблера есть ещё одна показательная книга — «The Art of Assembly Language», написанная Рэнди Гайдом. Изначально книга писалась специально для курсов, которые вёл автор в Калифорнийском университете Cal Poly и UC Riverside. В середине 90-х годов книга была признана определяющей в этой сфере.
Если вдруг вышеописанные материалы вам не подошли, вот ещё пара отличных книг:
Язык Cи
Как уже упоминалось выше, для написания ОС есть несколько высокоуровневых языков программирования. Однако самый популярный из них — Си.
Начать изучать этот язык можно отсюда. Этот ресурс ознакомит вас с базовыми понятиями и подготовит к более сложным задачам.
«Learn C the Hard Way» — название ещё одной книги. Кроме привычной теории в ней собрано много практических решений. Этот учебник расскажет обо всех аспектах языка.
Либо же можете выбрать одну из этих книг:
Разработка ОС
После освоения всего необходимого, что касается информатики, языка ассемблера и Cи, вам стоит прочесть хотя бы одну или две книги про непосредственную разработку ОС. Вот несколько ресурсов для этого:
«Linux From Scratch». Здесь рассматривается процесс сборки операционной системы Linux (учебник переведён на много языков, в том числе и на русский). Тут, как и в остальных учебниках, вам предоставят все необходимые базовые знания. Полагаясь на них можно попробовать себя в создании ОС. Чтобы сделать программную часть ОС более профессиональной, присутствуют дополнения к учебнику: «Beyond Linux from Scratch», «Automated Linux from Scratch», «Cross Linux from Scratch» или «Hardened Linux from Scratch».
«The little book about OS development» Эрика Хэйлина и Адама Ренберга. Этот учебник разработан в рамках продвинутого курса информатики и на момент его написания авторы являлись студентами Королевского Института Технологий в Стокгольме. В этой книге рассматривается разработка ОС для архитектуры x86 (причём с самого начала — с установки среды разработки). В этом курсе рассказывается о многих интересных темах, включая многозадачность, управление памятью и разработку файловой системы.
«Operation System Development Series» Broken Thorn Entertainment — серия из 25 уроков, посвящённых разработке ОС с нуля.
Примечание Эти уроки рассчитаны на то, что вы уже знакомы с IDE и владеете как языком ассемблера, так и Cи.
Вот ещё три книги, которые помогут вам ознакомиться с дисциплиной разработки ОС:
Сообщества, посвященные разработке ОС
Заниматься разработкой ОС в одиночку смело, но сложно. Гораздо проще найти единомышленников, которые, как и вы, решили попытать удачу в этом нелёгком деле. Существует пара подходящих мест:
Заключение
Обучение разработке ОС — достаточно сложная задача. Однако в процессе вы разберётесь в работе процессора и аппаратного уровня, что поможет лучше понимать работу и оптимизацию высокоуровневых приложений и их взаимодействие друг с другом. Ну и в глазах коллег вы наверняка будете выглядеть очень крутым (но это не точно).