نوشتن یک سیستم عامل ساده – قسمت اول

همونطور که در جریانید، مدتهای زیادی بود که من دنبال ساخت یک سیستم عامل بودم. خب ساخت سیستم عامل دانش بالایی میخواد. حداقلش اینه که باید بدونیم چی میخوایم! ولی اگر صرفا برای فان بخوایم چنین کاری کنیم، میتونیم یک سیستم عامل خیلی ساده بنویسیم و اگر احتمالا یه کامپیوتر قدیمی و داغون داریم، روی اون نصبش کنیم.

خب، بیاید اول ببینیم چی نیاز داریم؟ اول از همه نیاز داریم که اسمبلی بلد باشیم. احتمالا با گشتن توی اینترنت کلی جزوه و کتاب و آموزش اسمبلی پیدا میکنید، همچنین اگر درس زبان ماشین پاس کرده باشید خیلی راحتتره کارتون، چون ایده کلی رو دارید. و البته مهم تر از اون، اینه که لینوکس و برنامه نویسی هم بدونید. اگر هم لینوکس بلد نیستید سعی کنید یاد بگیرید چون یکی از بهترین محیط های این کار به حساب میاد و اگر توی فروم هایی مثل OSDev بچرخید خواهید دید که اکثر توسعه دهندگان از لینوکس استفاده کردند، حتی اونایی که با سی شارپ یا MASM کار رو انجام داده بودن 😀 . دلیل عمده استفادشون از لینوکس (یا هر چیز شبه یونیکسی) وجود ابزارهای خوب توسعه روی این دسته از سیستم عامل هاست. همچنین خیلی از ایده هایی که شما بهش فکر میکنید رو قبلا روی این سیستم عاملها آزمایش کردند و ساختند که یا آزادند و یا نمونه های آزاد دارند.

خیلی خوب، بذارید اول ببینیم چه چیزهایی باید نصب کنیم؟

  1. یک ادیتور متنی، که معمولا همراه سیستم عاملتون نصب میشه. من خودم از nano و gedit و atom استفاده میکنم، و توصیه میکنم شما هم یکی از این ادیتورهای ساده رو انتخاب کنید تا درگیر پیچیدگی های vim و … نشید.
  2. یک اسمبلر که من اینجا از nasm استفاده میکنم، و nasm توی مخازن اوبونتو و دبیان و … موجوده. اگر هم نبود هم باینری و هم سورسش موجوده.
  3. یک مجازی فوق العاده ساده هم نیاز داریم. در واقع مجازی سازی که برای راه انداختن و بوت کردن یه باینری ساده، اذیتمون نکنه. من از qemu استفاده میکنم. حالا شما میتونید از bochs یا VirtualBox یا هرچیز دیگری استفاده کنید  و انتخاب خودتونه.

خب طبیعتا ترمینال هم نیاز داریم که این وسط بتونیم کارامونو باهاش انجام بدیم 🙂

الان کافیه که با اراده قوی، یک فایل به اسم my16bitos.asm باز کنید و شروع کنید کد زدن. خب باید چی بنویسیم؟ یکی از نکات مهمی که اینجا هست اینه که ما نمیتونیم از روتین ها یا وقفه های سیستم عامل استفاده کنیم و نیاز داریم از بایوس استفاده کنیم! دقیقا چون بایوس MBR رو میخونه و از این داستانا که موقع بوت شدن داریم. پس کد ما چنین چیزی میشه :

کد   
MOV AH, 0x0e
MOV AL, 'A'
INT 0x10
JMP $
times 510-($-$$) db 0
DW 0xaa55

خب این شد کد ما. در واقع ما یک سیستم عامل (یا بهتر بگم بوت سکتور) ۱۶ بیتی نوشتیم. که البته این خیلی سادست و در قسمت بعدی پیچیده ترش خواهیم کرد. این سیستم عامل ۶ خطی (شاید به خاطر پیشرفت علوم کامپیوتر و اسمبلر ها و پردازنده ها، الان این کد شش خطه، و ممکن بوده زمانی یه مهندس کامپیوتر یا صرفا یک علاقمند به علوم رایانه رویاش نوشتن چنین چیزی بوده!)، وقتی بوت شه حرف A رو به ما نمایش میده. حالا با چه اتفاقاتی؟

خط اول که میگه عدد شانزده شانزدهی 0x0e رو در هشت بیت بالایی رجیستر AX قرار بده، یکی از روتین های بایوسه. در واقع بایوس میفهمه که بوت سکتور، این برنامه ست. خط دوم میگه کرکتر A رو در هشت بیت پایینی همون رجیستر قرار بده. در خط سوم ما یک وقفه (توجه کنید INT توی اسمبلی مخفف Interrupt یا «وقفه» است نه Integer .) ایجاد کردیم. وقفه 0x10 در بایوس برای نمایش کرکتر ها به کار میره (البته توی روتین 0x0e). در خط چهارم با استفاده از دستور پرش، برنامه رو تا ابد باز نگه داشتیم، که وقتی سیستم عامل بوت میشه همچنان روشن بمونه. یکی از سخت ترین خط ها از نظر درک، خط پنجمه. خط پنجم چی کار میکنه؟ ۵۱۰ بایت اول دیسک (این سیستم عامل میتونه از روی یک فلاپی یا هارد دیسک یا هر دیوایس دیگری بوت شه) رو با صفر پر میکنه و حالا چرا؟ چون ما میخوایم در دوبایت نهایی، عدد جادویی 0xaa55 رو قرار بدیم که بوت سیستم عامل بهش وابسته است.

بسیار خوب، تا اینجای کار فهمیدیم که این کد چی کار میکنه. حالا با nasm کد رو اسمبل میکنیم تا به یه فایل قابل بوت شدن برسیم :

کد   
nasm -f bin -o my16bitos.bin my16bitos.asm

اکنون در دایرکتوری جاریتون، باید فایل my16bitos.bin رو ببینید. کافیه تا با qemu اجراش کنید به این شکل :

کد   
qemu-system-i386 my16bitos.bin

پس از اجرای دستور و باز شدن پنجره مربوط به QEMU ، و نمایش اطلاعات مربوط به QEMU ، شاهد نمایش حرف A خواهید بود. تبریک میگم! این اولین تلاش شما برای ساخت یک سیستم عامله! در قسمت بعدی این سیستم عامل رو کامل تر میکنیم تا بتونه یه سری اطلاعات رو از کاربر بخونه و جواب بده.

پس تا مطلب بعدی خداحافظ!

Share

منتشرشده توسط

محمدرضا حقیری

نیازی نمی بینم تا اینجا رو پر کنم، ترجیح میدم یه صفحه داشته باشم و کامل توضیح بدم داستان خودم رو :)

2 دیدگاه برای «نوشتن یک سیستم عامل ساده – قسمت اول»

  1. میشه قسمت ابزار ها یه کم بیشتر توضیح بدید.

    یک ادیتور متنی، که معمولا همراه سیستم عاملتون نصب میشه. من خودم از nano و gedit و atom استفاده میکنم، و توصیه میکنم شما هم یکی از این ادیتورهای ساده رو انتخاب کنید تا درگیر پیچیدگی های vim و … نشید.
    یک اسمبلر که من اینجا از nasm استفاده میکنم، و nasm توی مخازن اوبونتو و دبیان و … موجوده. اگر هم نبود هم باینری و هم سورسش موجوده.
    یک مجازی فوق العاده ساده هم نیاز داریم. در واقع مجازی سازی که برای راه انداختن و بوت کردن یه باینری ساده، اذیتمون نکنه. من از qemu استفاده میکنم. حالا شما میتونید از bochs یا VirtualBox یا هرچیز دیگری استفاده کنید و انتخاب خودتونه.

    1. البته که میشه!
      ادیتور ها یا ویرایشگرهای متنی که همراه سیستم عامل نصب میشن، مثال واضح و درست و حسابیش میتونم بگم Notepad که با ویندوز نصب میشه، و خب توی اوبونتو (یا توزیع های دیگر لینوکس که با GNOME و هم‌خانواده هاش نصب میشن) gedit هست. حالا شما میتونید اینا رو خودتون جدا هم نصب کنید مثلا من Atom رو دارم.
      در مورد اسمبلر هم، وقتی کد اسمبلی میزنیم، نیاز داریم تا تبدیلش کنیم به کد قابل فهم برای کامپیوتر، برنامه ای که این کار رو برامون انجام میده رو بهش میگن اسمبلر. مثلا مایکروسافت MASM رو ارائه کرده ، یا NASM هم هست که توسط جامعه کاربریش توسعه داده میشه.
      مجازی ساز هم برامون یک کامپیوتر رو شبیه سازی میکنه، و ما میتونیم کد نهایی رو روی اون تست کنیم.
      اگر باز هم سوالی هست، من در خدمتم 🙂

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *