My OS Project 2

Проект нацелен на создание полноценной мультиархитектурной операционной системы с нуля. Включает загрузчик, ядро и другие необходимые компоненты для работы на различных архитектурах процессоров.

🧬 Языки ядра

Ядро собрано из четырёх языков (x86_64):

Язык	Что делает	Где
ASM (nasm)	multiboot-заголовок, переход в long mode, identity map 4 GiB, заглушки прерываний	kernel/arch/x86_64/entry.S, isr_stubs.S, gdt.S
C	драйверы (VGA, COM1, PS/2 клавиатура, PIT-таймер), GDT/IDT, графика, kmain	kernel/drivers/, kernel/arch/x86_64/, kernel/kmain.c
C++	куча ядра: free-list аллокатор kmalloc/kfree/krealloc + operator new/delete	kernel/lib/cxx/kheap.cpp
Rust	интерактивная оболочка myos> (no_std + alloc поверх C++ кучи)	kernel/rust/src/lib.rs

Что умеет ядро после загрузки:

• Полная инициализация: GDT, IDT (256 векторов, PIC remap), пейджинг, куча 16 MiB, PIT на 100 Гц, клавиатура
• Графический рабочий стол 1024×768×32 (framebuffer от GRUB через multiboot)
• Rust-оболочка на VGA-консоли и serial: help, about, langs, mem, alloc, uptime, echo, clear, reboot, halt

Быстрый старт (нужны gcc, g++, nasm, grub-mkrescue, xorriso, qemu, Rust с таргетом x86_64-unknown-none):

rustup target add x86_64-unknown-none
./utils/build_iso.sh
qemu-system-x86_64 -cdrom kernel/myos.iso -m 256 -serial stdio

🏗️ Поддерживаемые архитектуры

• x86_64 - 64-битные процессоры Intel/AMD (основная поддержка)
• ARM64 - 64-битные ARM процессоры (Raspberry Pi 4, Apple Silicon, серверы)
• RISC-V64 - 64-битные RISC-V процессоры (эмерджинг архитектура)

📁 Структура проекта

My-OS-Project2/
├── boot/grub/grub.cfg          # Конфигурация GRUB загрузчика
├── kernel/
│   ├── kmain.c                  # Основной код ядра
│   ├── arch/                    # Архитектурно-зависимый код
│   │   ├── x86_64/             # x86_64 специфичный код
│   │   │   ├── entry.S         # Точка входа (Multiboot)
│   │   │   ├── gdt.c/h         # Global Descriptor Table
│   │   │   ├── idt.c/h         # Interrupt Descriptor Table
│   │   │   ├── isr.c/h         # Interrupt Service Routines
│   │   │   └── paging.c/h      # Управление памятью
│   │   ├── arm64/              # ARM64 специфичный код
│   │   │   ├── entry.S         # Точка входа (ARM64)
│   │   │   └── arch.h          # ARM64 специфичные функции
│   │   └── riscv64/            # RISC-V64 специфичный код
│   │       ├── entry.S         # Точка входа (RISC-V64)
│   │       └── arch.h          # RISC-V64 специфичные функции
│   ├── drivers/                 # Драйверы устройств
│   │   ├── vga.c/h             # Видеоадаптер (текстовый режим)
│   │   ├── serial.c/h          # Последовательный порт (COM1)
│   │   └── keyboard.c/h        # Клавиатура (PS/2)
│   ├── include/                 # Заголовочные файлы
│   │   ├── arch.h              # Архитектурно-независимый интерфейс
│   │   ├── boot.h              # Загрузочные константы
│   │   ├── common.h            # Общие типы и константы
│   │   ├── interrupts.h        # Интерфейс прерываний
│   │   └── memory.h            # Управление памятью
│   ├── lib/                     # Библиотечные функции
│   │   ├── printf.c/h          # Форматированный вывод
│   │   └── string.c/h          # Строковые функции
│   ├── linker.ld                # Линковочный скрипт (x86_64)
│   ├── arch/x86_64/linker.ld   # Линковочный скрипт (x86_64)
│   ├── arch/arm64/linker.ld    # Линковочный скрипт (ARM64)
│   ├── arch/riscv64/linker.ld  # Линковочный скрипт (RISC-V64)
│   └── Makefile                 # Система сборки
├── utils/                       # Утилиты сборки и тестирования
│   ├── build_iso.sh            # Сборка ISO для x86_64
│   ├── build_multiarch_iso.sh  # Сборка ISO для всех архитектур
│   ├── install_cross_compilers.sh # Установка кросс-компиляторов
│   ├── run_qemu.sh             # Запуск в QEMU
│   └── diagnose.sh             # Диагностика проблем
├── test/                        # Тесты
│   ├── test_kernel.c           # Тест компонентов ядра
│   ├── test_memory.c           # Тест функций памяти
│   └── Makefile                # Сборка тестов
├── LICENSE                      # Лицензия проекта (MIT)
└── README.md                    # Описание проекта

🚀 Сборка и запуск

Требования

Для x86_64:

• x86_64-elf-gcc (кросс-компилятор)
• nasm (ассемблер)
• grub-mkrescue или xorriso (для создания ISO)
• qemu-system-x86_64 (для эмуляции)

Для ARM64:

• aarch64-elf-gcc (кросс-компилятор)
• qemu-system-aarch64 (для эмуляции)

Для RISC-V64:

• riscv64-elf-gcc (кросс-компилятор)
• qemu-system-riscv64 (для эмуляции)

Установка инструментов

# Автоматическая установка всех необходимых инструментов
cd utils
./install_cross_compilers.sh

Сборка

Для конкретной архитектуры:

# x86_64 (по умолчанию)
cd kernel
make

# ARM64
make ARCH=arm64

# RISC-V64
make ARCH=riscv64

Для всех архитектур:

cd kernel
make all-archs

Создание ISO образов

Для одной архитектуры:

cd utils
./build_multiarch_iso.sh x86_64    # x86_64
./build_multiarch_iso.sh arm64     # ARM64
./build_multiarch_iso.sh riscv64   # RISC-V64

Для всех архитектур:

cd utils
./build_multiarch_iso.sh -a

Сборка и тестирование:

cd utils
./build_multiarch_iso.sh -a -t     # Собрать для всех и протестировать

Запуск

# x86_64
cd utils
./run_qemu.sh

ℹ️ Для автоматизированных проверок предусмотрен режим быстрого выхода ядра. Сборка с переменной окружения QEMU_EXIT=1 заставляет ядро сигнализировать QEMU о корректном завершении через isa-debug-exit. Этот режим используется в CI, чтобы убедиться, что образ действительно загружается.

# ARM64
qemu-system-aarch64 -cdrom myos-arm64.iso -m 512M -serial stdio -no-reboot -display none -machine virt

# RISC-V64
qemu-system-riscv64 -cdrom myos-riscv64.iso -m 512M -serial stdio -no-reboot -display none -machine virt

✨ Особенности

Архитектурная независимость

• Единый интерфейс: include/arch.h предоставляет архитектурно-независимый API
• Автоматический выбор: Компилятор автоматически выбирает нужные функции
• Легкое расширение: Добавление новой архитектуры требует минимальных изменений

x86_64 (основная поддержка)

• Поддержка Multiboot v1
• Переход в 64-битный режим (Long Mode)
• Базовая поддержка прерываний (GDT, IDT, ISR)
• Пейджинг с 1:1 отображением первых 2MB памяти

ARM64

• Поддержка ARMv8-A архитектуры
• Инициализация для виртуальных машин (QEMU virt)
• Подготовка для GIC (Generic Interrupt Controller)

RISC-V64

• Поддержка RV64GC архитектуры
• Инициализация для виртуальных машин (QEMU virt)
• Подготовка для PLIC (Platform-Level Interrupt Controller)

Общие компоненты

• Драйверы: VGA (текстовый режим), Serial (COM1), Keyboard (PS/2)
• Простая библиотека функций (memcpy, memset, strlen, printf)
• Система тестирования компонентов

🔧 Разработка

Добавление новой архитектуры

1. Создать папку kernel/arch/<arch_name>/
2. Добавить entry.S - точку входа
3. Добавить arch.h - архитектурно-специфичные функции
4. Добавить linker.ld - линковочный скрипт
5. Обновить kernel/Makefile
6. Добавить архитектуру в include/arch.h

Тестирование

cd test
make test          # Запуск всех тестов
make test_kernel   # Только тесты ядра
make test_memory   # Только тесты памяти

📚 Документация

• docs/design.md - Дизайн и архитектура ядра
• utils/diagnose.sh - Диагностика проблем сборки
• Комментарии в исходном коде

🤝 Вклад в проект

1. Форкните репозиторий
2. Создайте ветку для новой функции
3. Внесите изменения
4. Создайте Pull Request

📄 Лицензия

Этот проект распространяется под лицензией MIT. См. файл LICENSE для подробностей.

🆘 Поддержка

При возникновении проблем:

1. Проверьте зависимости: make check-deps ARCH=<architecture>
2. Запустите диагностику: ./utils/diagnose.sh
3. Создайте Issue с описанием проблемы

---

MyOS - мультиархитектурная операционная система для обучения и экспериментов! 🚀