Este proyecto consiste en poder utilizar el bootloader para cargar un sistema operativo, en este caso el kernel es un video juego basado en el siguiente video LEAD, la idea general es aprender como el bootloader hace toda una serie de pasos para darle el control al kernel y este con todas sus herramientas pre cargadas, de paso a lo que queres ver en nuestro computador.
Inicialmente se iba a utilizar Pure64 sin embargo, a pesar que funcionaba no se estaba del todo de acuerdo debido a muchisimas cosas como ejemplo: usa VESA como salida de video, que actualmente se considera obsoleto, además de que presentaba incompatibilidad con los drivers de USB por ende teniamos que buscar la forma de crear este apartado por nuestra cuenta, por lo que añadia complejidad al proyecto, por ende se toma la decision de no utilizarlo a pesar de que nos permitia trabajar en QEMU por ejemplo.
En el proceso encontramos al bootloader Limine, un bootloader moderno, para x86/x86_64 BIOS/UEFI. Este bootloader soporta multiples protocolos como Multiboot 1, Chainloading entre otros, sin embargo se va a iniciar con el protocolo stivale 2, esto debido a que logra compensar las deficiencias del protocolo Multiboot 1. De manera resumida para el uso de Stivale se necesitan dos archivos kernel.c y linker.ld, donde se debe definir una etiqueta para que el sector de arranque la encuentre, además de la pila, buffer, puntos de entrada y modos de texto. Todo esto se puede ver en el siguiente ejemplo en el cual se muestra lo mínimo para poder configuar el mismo. La decision final de utilizar este bootloader, es debido a la siguiente discucion. Donde se menciona que Limine es utilizado en varios OS bastante desarrollados como los son skiftOS y managarm, esto genero la confianza suficiente para ser utilizado en este proyecto.
No solo las amanezas del exterior pueden alterar el comportamiento de los programas que se diseñan, tambien lo pueden hacer los del propio sistema, es por eso que la seguridad interna juega un papel fundamental en los OS, ya que un programa puede invadir memoria de la cual no debería de tener acceso y corromper informacion o incluso ejecutar instrucciones del CPU que no debería de poder tener acceso. La seguridad de bajo nivel es lo que se tratara en este apartado. Los anillos son los encargados de dar acceso a los recursos de los diversos procesos que se generan a la hora de ejecutar un programa. En la arquitecuta x_86 tiene solo dos anillos, el anillo 0 y 3. Por supuesto, hay más niveles de seguridad en el OS, como lo son la paginacion y segmentacion que se encargan con el acceso a la memoria.
Aquí se encuentra el kernel puro, se le conoce como el modo supervisor, este modo posee la menor seguridad posible, pero el mayor acceso a los recusos, ya que aquí se manejan las interrupciones o modificar los registros para las diferentes tablas de descripcion. El OS, empieza en este modo.
Este es el llamado Userspace, aquí viven las aplicaciones con las que interactua el usuario, posee la mayor porteccion y por supuesto el menor acceso a los diferentes recursos del sistema. Para poder interactuar con el kernel desde esta capa de abstraccion se hace uso de los syscalls.
Este es el principio de todo, aquí el procesador inicia en 16 bits, para lograr que el procesador se levante en este modo hay que seguir una serie de instrucciones a nivel de ensamblador. Aquí la longitud es de 16 bits como antes se menciono, eso quiere decir que a nivel de instrucciones se debe de usar la parte baja de los registros para operar. Por otra parte aquí se controlan los dispositivos y manejo de las instrucciones. Aquí trabajaremos con la pila y los modos de direccionamiento, además aquí no hay proteccion de la GDT para el hardware ni memoria virtual, ya que esta nos permite indicar los rangos de memoria con los que se trabajara.
En este modo se trabaja con diferente modos virtuales de memoria, los espacios alcanzan valores de 4GB, por otra parte, aquí hay proteccion de I/O de hardware y memoria, y como es sabido a la hora de brindar los anillos al sistema, las instrucciones a ejecutar se ven restringidas en este modo. Aquí se carga la GDT, se habilita la línea A20 y se deshabilita las interrupciones como lo manda el manual de desarrolladores de Intel.
Necesitara tener instalado xorriso, ejecute el siguiente comando
sudo apt install nasm gcc xorrisoPara una emulacion en QEMU o similares con el siguiente comando es suficiente para ver la implementacion:
make clean all runSi desea cargar el diseño en una pc común y corriente, ubiquese en la carpeta del proyecto y verifique que se encuentra el archivo disk.iso, inserte una USB en la PC y ejecute el siguiente comando para verificar el nombre de su dispositivo USB:
sudo fdisk -lUna vez verificado el nombre de la USB, ejecute el siguiente comando, en este caso el nombre que se obtuvo del comando anterior fue /dev/sdb:
sudo dd if=disk.iso of=/dev/sdb bs=4096 && syncListo, ahora su USB esta lista para bootear como un OS, que te diviertas!
La herramienta piskel es de gran ayuda para poder crear las imagenes que desea cargar en su programa, esto le permitira tener un entorno más emocionante.
Para la utilizacion de las imagenes puede utilizar el archivo main.py para cargar la data-uri para poder generar el archivo file.h que es ahí donde estará la informacion o data que necesitará de las imagenes, estas fueron comprimidas usando RLC Encoding.
void video_refresh();
void video_fill_rect(const rect_t rect, const color_t color);
void video_draw_rect(const rect_t rect, const color_t color);
void video_draw_bmp(const rect_t rect, const color_t *data);
void video_blit_bmp(const rect_t dst, const rect_t src, const color_t *data);int64_t randint(int64_t a, int64_t b); // randint(0, 10) -> 0 .. 10si hay dudas con algo, siempre se puede hacer un archivo c/c++, python y compilar en la pc no qemu, virtualbox..., para probar, tambien se puede desabilitar main.c desde kernel.c, poner algun sleep(10000000); y sino ultimadamente usar gdb q de todas formas somos expertos.
cada vez q se llama a video_refresh() borra todos los printf
- como generador pseudo aleatorio se va usar MTwister
https://github.com/limine-bootloader/limine-barebones
https://wiki.osdev.org/Stivale_Bare_Bones
https://devse.wiki/x86_64/premiers-pas/01-hello-world.html
https://github.com/MandelbrotOS/MandelbrotOS
https://github.com/ReturnInfinity/Pure64
https://github.com/includeos/IncludeOS
https://github.com/cfenollosa/os-tutorial
https://cs.lmu.edu/~ray/notes/nasmtutorial/