</p>
<p align="center">
- <
span>简体中文</span> | <a href="docs/README_en.md">English</a>
+ <
a href="#lunaixos-project">简体中文</a> | <a href="docs/README_en.md">English</a>
</p>
-# LunaixOS Project
+# The LunaixOS Project
+
LunaixOS - 一个简单的，详细的，POSIX兼容的（但愿！），带有浓重个人风格的操作系统。开发过程以视频教程形式在Bilibili呈现：[《从零开始自制操作系统系列》](https://space.bilibili.com/12995787/channel/collectiondetail?sid=196337)。
-## 当前进度以及支持的功能
+## 1. 一些实用资源
+
+如果有意研读LunaixOS的内核代码和其中的设计，以下资料可能会对此有用。
+
++ [最新的LunaixOS源代码分析教程](docs/tutorial/0-教程介绍和环境搭建.md)
++ [内核虚拟内存的详细布局](docs/img/lunaix-os-mem.png)
++ [LunaixOS启动流程概览](docs/img/boot_sequence.jpeg)
++ LunaixOS总体架构概览（WIP）
-该操作系统支持x86架构，运行在保护模式中，采用宏内核架构，目前仅支持单核心。内存结构采用经典的3:1划分，即低3GiB为用户地址空间（0x400000 ~ 0xBFFFFFFF），内核地址空间重映射至高1GiB（0xC0000000 ~ 0xFFFFFFFF）。内存的详细布局可参考[LunaixOS内存地图](docs/img/lunaix-os-mem.png)
+## 2. 当前进度以及支持的功能
+
+该操作系统支持x86架构，运行在保护模式中，采用宏内核架构，目前仅支持单核心。架构与内核的解耦合工作正在进行中。
在下述列表中，则列出目前所支持的所用功能和特性。列表项按照项目时间戳进行升序排列。
+ APIC/IOAPIC作为中断管理器和计时器
+ ACPI
+ 虚拟内存
-+ 内存管理与按需分页（Demand Paging）
++ 内存管理与按需分页
+ 键盘输入
-+ å¤\9aè¿\9bç¨\8b
-+ 17个常见的Linux/POSIX系统调用（[附录1](#appendix1)）
++ è¿\9bç¨\8b模å\9e\8b
++ 54个常见的Linux/POSIX系统调用（[附录1](#appendix1)）
+ 用户模式
+ 信号机制
+ PCI 3.0
+ PCIe 1.1 (WIP)
-+ Serial ATA AHCI (WIP)
++ Serial ATA AHCI
++ 文件系统
+ + 虚拟文件系统
+ + ISO9660
+ + 原生
+ + Rock Ridge拓展
++ 远程GDB串口调试 (COM1@9600Bd)
++ 用户程序加载与执行
++ 动态链接 (WIP)
++ 通用设备抽象层
++ 通用图形设备抽象层
+ + 标准VGA实现
++ 虚拟终端设备接口（兼容 POSIX.1-2008）
++ 线程模型
+
+已经测试过的环境：
+
++ QEMU (>=7.0.0)
++ Bochs（SATA功能不支持）
++ Virtualbox
++ Dell G3 3779
+
+## 3. 目录结构
+
+| | |
+| ----------------------------------------- | ---------------------------- |
+| [lunaix-os](lunaix-os/) | LunaixOS源代码 |
+| [slides](slides/) | 视频中所用的幻灯片和补充材料 |
+| [reference-material](reference-material/) | 标准，技术文档和参考文献 |
+
+## 4. 编译与构建
+
+构建该项目需要满足以下条件：
+
++ gcc 工具链
++ make
++ xorriso
++ grub-mkrescue
+
+### 4.1 使用 GNU CC 工具链
+
+正如同大多数OS一样，LunaixOS 是一个混合了 C 和汇编的产物。这就意味着你得要使用一些标准的C编译器来构建Lunaix。在这里，我推荐使用 GNU CC 工具链来进行构建。至于其他的工具链，如llvm，也可以去尝试，但对此我就不能作任何的保证了。
+
+如果你使用的是基于 x86 指令集的Linux系统，不论是64位还是32位，**其本机自带的gcc就足以编译Lunaix**。 当然了，如果说你的平台是其他非x86的，你也可以指定使用某个针对x86_32的gcc套件来进行交叉编译——在`make`时通过`CX_PREFIX`变量来指定gcc套件的前缀。如下例所示，我们可以在任意平台上，如risc-v，单独使用一个面向x86_32的gcc来进行交叉编译：
+
+```
+make CX_PREFIX=i686-linux-gnu- all
+```
+
+由于目前Lunaix仅支持x86_32微架构， `CX_PREFIX` 指向的gcc必须具有针对x86_32架构进行交叉编译的能力。
+
+### 4.2 Docker镜像
+
+对于开发环境，本项目也提供了Docker镜像封装。开箱即用，无需配置，非常适合懒人或惜时者。详细使用方法请转到：[Lunaix OSDK项目](https://github.com/Minep/os-devkit)。
+
+### 4.3 构建选项
+
+假若条件满足，那么可以直接执行`make all`进行构建，完成后可在生成的`build`目录下找到可引导的iso。
+
+本项目支持的make命令：
+| 命令 | 用途 |
+| ------------------------ | ----------------------------------------------- |
+| `make all` | 构建镜像（`-O2`，但禁用CSE相关的优化项 **※** ） |
+| `make instable` | 构建镜像（`-O2`，开启CSE相关优化） |
+| `make all-debug` | 构建适合调试用的镜像（`-Og`） |
+| `make run` | 使用QEMU运行build目录下的镜像 |
+| `make debug-qemu` | 构建并使用QEMU进行调试 |
+| `make debug-bochs` | 构建并使用Bochs进行调试 |
+| `make debug-qemu-vscode` | 用于vscode整合 |
+| `make clean` | 删除build目录 |
+
+**※：由于在`-O2`模式下，GCC会进行CSE优化，这导致LunaixOS会出现一些非常奇怪、离谱的bug，从而影响到基本运行。具体原因有待调查。**
+
+### 4.4 设置内核启动参数
+
+在 make 的时候通过`CMDLINE`变量可以设置内核启动参数列表。该列表可以包含多个参数，通过一个或多个空格来分割。每个参数可以为键值对 `<key>=<val>` 或者是开关标志位 `<flag>`。目前 Lunaix 支持以下参数：
+
++ `console=<dev>` 设置系统终端的输入输出设备（tty设备）。其中 `<dev>` 是设备文件路径 （注意，这里的设备文件路径是针对Lunaix，而非Linux）。关于LunaixOS设备文件系统的介绍可参考 Lunaix Wiki（WIP）
+
+如果`CMDLINE`未指定，则将会载入默认参数：
+
+```
+console=/dev/ttyFB0
+```
+
+其中，`/dev/ttyFB0` 指向基于VGA文本模式的tty设备，也就是平时启动QEMU时看到的黑色窗口。
+
+当然，读者也可以使用 `/dev/ttyS0` 来作为默认tty设备，来验证 Lunaix 的灵活性与兼容性。该路径指向第一个串口设备。可以通过telnet协议在`12345`端口上进行访问——端口号可以自行修改QEMU启动参数（位于：`makeinc/qemu.mkinc`）来变更。
+
+**注意：** 根据操作系统和键盘布局的不同，telnet客户端对一些关键键位的映射（如退格，回车）可能有所差别（如某些版本的Linux会将退格键映射为`0x7f`，也就是ASCII的`<DEL>`字符，而非我们熟知`0x08`）。如果读者想要通过串口方式把玩Lunaix，请修改`usr/init/init.c`里面的终端初始化代码，将`VERASE`设置为正确的映射（修改方式可以参考 POSIX termios 的使用方式。由于Lunaix的终端接口的实现是完全兼容POSIX的，读者可以直接去查阅Linux自带的帮助`man termios`，无需作任何的转换）
+
+## 5. 运行，分支以及 Issue
+
+### 5.1 虚拟磁盘（非必须）
+
+你可以绑定一个虚拟磁盘镜像，可以使用如下命令快速创建一个：
-## 目录结构
+```bash
+qemu-img create -f vdi machine/disk0.vdi 128M
+```
-| | |
-|-----|------|
-| [lunaix-os](lunaix-os/) | LunaixOS源代码 |
-| [slides](slides/) | 视频中所用的幻灯片和补充材料 |
-| [reference-material](reference-material/)| 标准，技术文档和参考文献 |
+如果你想要使用别的磁盘镜像，需要修改`configs/make-debug-tool`
-## 参考教程
+找到这一行：
+
+```
+-drive id=disk,file="machine/disk0.vdi",if=none \
+```
+
+然后把`machine/disk0.vdi`替换成你的磁盘路径。
+
+有很多办法去创建一个虚拟磁盘，比如[qemu-img](https://qemu-project.gitlab.io/qemu/system/images.html)。
+
+### 5.2 代码稳定性
+
+主分支一般是稳定的。因为在大多数情况下，我都会尽量保证本机运行无误后，push到该分支中。至于其他的分支，则是作为标记或者是开发中的功能。前者标记用分支一般会很快删掉；后者开发分支不能保证稳定性，这些分支的代码有可能没有经过测试，但可以作为Lunaix当前开发进度的参考。
+
+该系统是经过虚拟机和真机测试。如果发现在使用`make all`之后，虚拟机中运行报错，则一般是编译器优化问题。这个问题笔者一般很快就会修复，如果你使用别的版本的gcc（笔者版本11.2），出现了此问题，欢迎提issue。请参考[附录3：Issue的提交](#appendix3)
+
+下面列出一些可能会出现的问题。
+
+#### 问题#1： QEMU下8042控制器提示找不到
+
+这是QEMU配置ACPI时的一个bug，在7.0.0版中修复了。
+
+#### 问题#2：多进程运行时，偶尔会出现General Protection错误
+
+这很大概率是出现了竞态条件。虽然是相当不可能的。但如果出现了，还是请提issue。
+
+#### 问题#3：Bochs无法运行，提示找不到AHCI控制器
+
+正常，**因为Bochs不支持SATA**。请使用QEMU或VirtualBox。
+
+## 6. 调试 Lunaix 内核
+
+除了[附录4：串口GDB远程调试](#appendix4)描述的一种用于实机调试的方式以外。LunaixOS还提供了LunaDBG调试套件。这是一个GDB客户端插件，包含了对GDB原生命令集的一些扩充，主要用于改善与简化内核调试的过程。目前包含以下几个命令：
+
++ `vmrs [pid]` 列举进程`<pid>`的内存区域图（Memory Regions），如果`<pid>`未指定，则默认为正在运行的进程（smp=1）。
++ `proc [pid]` 打印进程`<pid>`的进程控制块状态，如果`<pid>`未指定，则默认为正在运行的进程（smp=1）。
++ `sched <threads | procs> [-l]` 查看调度器信息，接受两个参数：
+ + `threads` 打印所有依然在调度器中有注册的线程
+ + `procs` 打印所有依然在调度器中有注册的进程
+ + 可选开关 `-l` 决定是否以长列表打印（更详细的信息）
+
+该插件可以通过运行以下命令来进行安装：
+
+```shell
+./scripts/gdb/install_lunadbg
+```
+
+## 7. 参考教程
**没有！！** 本教程以及该操作系统均为原创，没有基于任何市面上现行的操作系统开发教程，且并非是基于任何的开源内核的二次开发。
当然，您也可以参考以下列表来了解现阶段的LunaixOS都使用了哪些资料（本列表会随着开发进度更新）：
#### 手册，标准，技术文档
+
+ [Intel 64 and IA-32 Architecture Software Developer's Manual (Full Volume Bundle)](https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/intel-sdm.html)
+ [ACPI Specification (version 6.4)](https://uefi.org/sites/default/files/resources/ACPI_Spec_6_4_Jan22.pdf)
+ IBM PC/AT Technical Reference
+ PCI Express Base Specification, Revision 1.1
+ PCI Firmware Specification, Revision 3.0
+ Serial ATA - Advanced Host Controller Interface (AHCI), Revision 1.3.1
-+ Serial ATA: HIgh Speed Serialized AT Attachment, Revision 1.0a
++ Serial ATA: High Speed Serialized AT Attachment, Revision 3.2
++ SCSI Command Reference Manual
++ ATA/ATAPI Command Set - 3 (ACS-3)
++ [ECMA-119 (ISO9660)](https://www.ecma-international.org/publications-and-standards/standards/ecma-119/)
++ Rock Ridge Interchange Protocol (RRIP: IEEE P1282)
++ System Use Sharing Protocol (SUSP: IEEE P1281)
++ Tool Interface Standard (TIS) Portable Formats Specification (Version 1.1)
**免责声明：PCI相关的标准最终解释权归PCI-SIG所有。此处提供的副本仅供个人学习使用。任何商用目的须向PCI-SIG购买。**
#### 理论书籍
+
+ *Computer System - A Programmer's Perspective Third Edition (CS:APP)* (Bryant, R & O'Hallaron, D)
+ *Modern Operating System* (Tanenbaum, A)
-+ 《汇编语言》（王爽） - 用于入门Intel语法的x86汇编（对于AT&T语法，推荐阅读CS:APP）
-+ ~~《微机原理与接口技术》 - 用于大致了解x86架构的微机体系（更加细致的了解可以阅读Intel Manual）~~ （已过时，推荐阅读CS:APP）
#### 网站
+
+ [OSDev](https://wiki.osdev.org/Main_Page) - 杂七杂八的参考，很多过来人的经验。作者主要用于上古资料查询以及收集；技术文献，手册，标准的粗略总结；以及开发环境/工具链的搭建。
+ [FreeVGA](http://www.osdever.net/FreeVGA/home.htm) - 98年的资源！关于VGA编程技术的宝藏网站。
+ GNU CC 和 GNU LD 的官方文档。
+ [PCI Lookup](https://www.pcilookup.com/) - PCI设备编号查询
#### 其他
+
+ Linux Manual - 用于查询*nix API的一些具体行为。
+## 附录1：实现的 POSIX 系统接口 <a id="appendix1"></a>
-## 附录1：支持的系统调用<a id="appendix1"></a>
+LunaixOS 提供对以下POSIX的系统接口的实现。内核定义的系统调用号可以参考 [LunaixOS系统调用表](docs/lunaix-syscall-table.md) 。
-### Unix/Linux/POSIX
1. `sleep(3)`
1. `wait(2)`
1. `waitpid(2)`
1. `_exit(2)`
1. `sigreturn(2)`
1. `sigprocmask(2)`
-1. `signal(2)`
+1. `sigaction(2)`
1. `kill(2)`
1. `sigpending(2)`
1. `sigsuspend(2)`
+2. `read(2)`
+2. `write(2)`
+2. `open(2)`
+2. `close(2)`
+2. `mkdir(2)`
+2. `lseek(2)`
+2. `readdir(2)`
+2. `readlink(2)`
+2. `readlinkat(2)`
+2. `rmdir(2)`※
+2. `unlink(2)`※
+2. `unlinkat(2)`※
+2. `link(2)`※
+2. `fsync(2)`※
+2. `dup(2)`
+2. `dup2(2)`
+2. `symlink(2)`
+2. `chdir(2)`
+2. `fchdir(2)`
+2. `getcwd(2)`
+2. `rename(2)`※
+2. `mount(2)`
+2. `unmount` (a.k.a `umount(2)`)※
+2. `getxattr(2)`※
+2. `setxattr(2)`※
+2. `fgetxattr(2)`※
+2. `fsetxattr(2)`※
+2. `ioctl(2)`
+2. `getpgid(2)`
+2. `setpgid(2)`
+2. `mmap(2)`
+2. `munmap(2)`
+2. `execve(2)`
+3. `poll(2)` (via `pollctl`)
+3. `epoll_create(2)` (via `pollctl`)
+3. `epoll_ctl(2)` (via `pollctl`)
+3. `epoll_wait(2)` (via `pollctl`)
+4. `pthread_create`
+4. `pthread_self`
+4. `pthread_exit`
+4. `pthread_join`
+4. `pthread_kill`
+4. `pthread_detach`
+4. `pthread_sigmask`
+
+
+( **※**：该系统调用暂未经过测试 )
+
+## 附录2：Issue的提交<a id="appendix3"></a>
+
+假若Lunaix的运行出现任何问题，还请按照以下的描述，在Issue里面提供详细的信息。
+
++ 可用于复现问题的描述和指引（如Lunaix运行平台的软硬件配置）
++ 错误症状描述
++ LunaixOS在panic时打印的调试信息（如无法复制，可以截图）
+
+## 附录3：串口GDB远程调试<a id="appendix4"></a>
+
+**（该功能正在重构，目前不可用）**
+
+LunaixOS内核集成了最基本的GDB远程调试服务器。可通过串口COM1在9600波特率上与之建立链接。但是，在将GDB与内核链接起来之前，还需要让内核处在调试模式下。
+
+要进入调试模式，需要往串口（波特率如上）写入字节串 `0x40` `0x63` `0x6D` `0x63`。此时，如果屏幕底部出现一条品红色背景的`DEBUG` 字样，那么就说明LunaixOS已处在调试模式下。
+
+注意，在这个时候，LunaixOS会开始在`COM1`上监听GDB协议信息，并且暂停一切的活动（如调度，以及对外部中断的一切响应）。用户此时需要将GDB与其挂载，并使用GDB的工作流来指示内核下一步的动作。
-### LunaixOS自有
+在目前，为了防止代码过于臃肿，LunaixOS实现的是GDB远程协议要求的最小服务端命令子集：`g`, `G`, `p`, `P`, `Q`, `S`, `k`, `?`, `m`, `M`, `X`。足以满足大部分的调试需求。
-1. `yield`
+当结束调试的时候，请使用GDB的`kill`指令进行连接的断开。注意，这个指令会使得LunaixOS恢复所有暂停的活动，进入正常的运行序列，但并不会退出调试模式。GDB的挂载请求依然在LunaixOS中享有最高优先权。如果需要退出调试模式，需要往串口写入字节串：`0x40` `0x79` `0x61` `0x79`。
git://scm.lunaixsky.com / lunaix-os.git / blobdiff