El Projecte | Sobre nosaltres | Contribuir | Donacions | Llicència

HOME

En aquest tema, aprendrem a crear un nucli bàsic de sistema operatiu utilitzant el llenguatge Assembly. Aquest projecte ens permetrà aplicar molts dels conceptes apresos en els mòduls anteriors i ens proporcionarà una comprensió més profunda de com funcionen els sistemes operatius a nivell baix.

Objectius del Tema

Comprendre els components bàsics d'un nucli de sistema operatiu.
Escriure codi Assembly per inicialitzar el maquinari.
Implementar funcions bàsiques del nucli com la gestió de la memòria i la planificació de tasques.
Crear un entorn de desenvolupament per a la compilació i prova del nucli.

Components Bàsics d'un Nucli de Sistema Operatiu

Un nucli de sistema operatiu és el component central d'un sistema operatiu. Gestiona els recursos del sistema i proporciona serveis als programes d'aplicació. Els components bàsics d'un nucli inclouen:

Inicialització del Maquinari: Configuració inicial del maquinari, com ara la CPU, la memòria i els dispositius d'entrada/sortida.
Gestió de la Memòria: Assignació i gestió de la memòria per als processos.
Planificació de Tasques: Gestió de l'execució dels processos.
Gestió d'Interrupcions: Maneig de les interrupcions del maquinari.

Configuració de l'Entorn de Desenvolupament

Abans de començar a escriure el codi, necessitem configurar un entorn de desenvolupament adequat. Utilitzarem un compilador d'Assembly, un emulador de maquinari i eines de depuració.

Eines Necessàries

NASM (Netwide Assembler): Un compilador d'Assembly.
QEMU: Un emulador de maquinari.
GDB (GNU Debugger): Una eina de depuració.

Instal·lació de les Eines

# Instal·lació de NASM
sudo apt-get install nasm

# Instal·lació de QEMU
sudo apt-get install qemu

# Instal·lació de GDB
sudo apt-get install gdb

Escrivint el Codi del Nucli

Inicialització del Maquinari

El primer pas és inicialitzar el maquinari. Això inclou la configuració de la pila, la configuració del mode de la CPU i la inicialització de la memòria.

Codi d'Inicialització del Maquinari

section .text
global _start

_start:
    ; Configuració de la pila
    cli                     ; Deshabilitar interrupcions
    mov esp, stack_space    ; Configurar el punter de la pila
    sti                     ; Habilitar interrupcions

    ; Configuració del mode de la CPU
    mov eax, cr0
    or eax, 0x1             ; Activar el mode protegit
    mov cr0, eax

    ; Inicialització de la memòria
    call init_memory

    ; Inici del nucli
    call kernel_main

section .bss
stack_space resb 4096       ; Espai per a la pila

section .data
; Dades del nucli

section .text
init_memory:
    ; Codi per inicialitzar la memòria
    ret

kernel_main:
    ; Codi principal del nucli
    hlt                     ; Aturar la CPU

Gestió de la Memòria

La gestió de la memòria és una part crucial del nucli. Implementarem una funció bàsica per assignar i alliberar memòria.

Codi de Gestió de la Memòria

section .text

malloc:
    ; Codi per assignar memòria
    ret

free:
    ; Codi per alliberar memòria
    ret

Planificació de Tasques

La planificació de tasques implica gestionar l'execució dels processos. Implementarem una funció bàsica per canviar entre tasques.

Codi de Planificació de Tasques

section .text

schedule:
    ; Codi per canviar entre tasques
    ret

Compilació i Prova del Nucli

Un cop hem escrit el codi del nucli, necessitem compilar-lo i provar-lo utilitzant QEMU.

Compilació del Nucli

nasm -f bin -o kernel.bin kernel.asm

Prova del Nucli amb QEMU

qemu-system-x86_64 -kernel kernel.bin

Exercicis Pràctics

Exercici 1: Ampliar la Funció d'Inicialització de la Memòria

Ampliar la funció init_memory per configurar una taula de pàgines bàsica.

Exercici 2: Implementar una Funció de Gestió de Tasques

Implementar una funció que permeti crear i eliminar tasques.

Exercici 3: Depurar el Nucli

Utilitzar GDB per depurar el nucli i assegurar-se que totes les funcions s'executen correctament.

Solucions als Exercicis

Solució a l'Exercici 1

init_memory:
    ; Configurar una taula de pàgines bàsica
    ; Codi d'exemple
    ret

Solució a l'Exercici 2

create_task:
    ; Codi per crear una tasca
    ret

delete_task:
    ; Codi per eliminar una tasca
    ret

Solució a l'Exercici 3

# Iniciar QEMU amb GDB
qemu-system-x86_64 -kernel kernel.bin -s -S

# En una altra terminal, iniciar GDB
gdb kernel.bin

# Connectar-se a QEMU
(gdb) target remote :1234

# Afegir punts de ruptura i depurar
(gdb) break _start
(gdb) continue

Conclusió

En aquest tema, hem après a crear un nucli bàsic de sistema operatiu utilitzant el llenguatge Assembly. Hem cobert la inicialització del maquinari, la gestió de la memòria i la planificació de tasques. També hem configurat un entorn de desenvolupament per compilar i provar el nostre nucli. Amb aquests coneixements, estem preparats per explorar conceptes més avançats i crear sistemes operatius més complexos.

Creant un Nucli Bàsic de Sistema Operatiu