自作OSをやってみた
なんとなく自作OSについて興味が湧いたので、以下の動画を参照して、自作OSの初歩に取り組んでみた際のメモ
環境構築
上記の動画ではMac上で、RISC-Vの環境を構築しているが、自分の環境では上手くいかなったので、Docker上のUbuntuで構築することにした。
Dockerをインストールする
Macでインストールする場合は、Docker Desktopをインストールすると良い。
Ubuntuイメージの取得
Ubuntuを利用するので、最新版のイメージを取得しておく。
既に取得済みの場合は、実行不要。
docker pull ubuntu
作業フォルダをバインディングして起動する
単にDockerでUbuntuを起動しただけだと、作業結果が保存されないので、バインドにより、作業結果を保存＆ローカルのディレクトリとデータを共有する様にする。
docker run -it -d --name jisaku-os --mount type=bind,src=Mac上のパス,target=Ubuntu上のパス ubuntu
ここで src はMac上のローカルフォルダパス（絶対パス）、targetはUbuntu上で同期させるフォルダのパス（絶対パス）になります。
これを実行しておくと、Mac上でコーディングした結果が、そのままUbuntu上で利用可能になります。
今回作成するUbuntuのコンテナの名前は、わかりやすさ優先でjisku-osとしておきます。
コンテナに入る
以下のコマンドで、作成したコンテナに入れます。
終了する場合は exitを実行してください。
docker exec -it jisaku-os bash
各種コマンドのインストール
各種コマンドをインストールする前に、パッケージの更新を行ってください。
apt update
RISC-Vをgitでインストールするので、gitもインストールしておきます。
apt install -y git
RISC-V環境を構築します。
まず、必要なコマンド、及びライブラリをインストールします。
apt install autoconf automake autotools-dev curl python3 python3-pip python3-tomli libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc zlib1g-dev libexpat-dev ninja-build git cmake libglib2.0-dev libslirp-dev vim wget ftp -y
RISC-Vのダウンロードを行います。
git clone https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain
RISC-Vのインストール先を作成します。
mkdir /opt/riscv
後にPATHに追加するので、.bashrc に以下を追記してください。
export RISCV=/opt/riscv
設定を反映させます。
source ~/.bashrc
ビルドを実行します。（2時間ぐらいかかりました）
cd riscv-gnu-toolchain
./configure --prefix=$RISCV --enable-multilib
make
clangをインストールします。
必要なコマンドのインストールや、署名情報を登録なども行っています。
apt install curl gnupg
curl -fsSL https://apt.llvm.org/llvm-snapshot.gpg.key | gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/llvm.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/llvm.gpg] http://apt.llvm.org/jammy/ llvm-toolchain-jammy main" | tee /etc/apt/sources.list.d/llvm.list > /dev/nul
apt update
apt install clang llvm lld lldb -Y
QEMUをインストールします。
apt -y install qemu-system qemu-system-common qemu-utils
BIOSを取得します。
ダウンロードしたファイルは、作業フォルダに置いてください。
curl -LO https://github.com/qemu/qemu/raw/v8.0.4/pc-bios/opensbi-riscv32-generic-fw_dynamic.bin
QEMU上のショートカットキー
自作OSをQEMUで起動したあとは、単純にexitなどで終了できないので注意してください。
とりあえず、以下のコマンドを覚えておけば、上記の動画と同様のことはできます。
その他のコマンドは、ヘルプを参照してください。
| アクション | コマンド |
|---|---|
| 終了 | Ctrl+A X |
| モニターモード | Ctrl+A C |
| ヘルプ | Ctrl+A H |
開発資料
動画内で参照しているPDFは以下のものになります。
動画内で実装しているputchar や getchar以外のシステムコールを実装する場合は、こちらの資料を参照することになります。
Mac上で環境が構築できなかった件
既にインストールされているgccのバージョンなどと整合性が取れず、clang(llvm) コマンドのビルド時に、例外が発生して、インストールが完了しませんでした。
動画ではMacOS上で環境構築しているので、できないことはないのだと思いますが、解決しなかったので、諦めてUbuntu上で構築する方向にシフトしました。
MacOS上で環境構築できる人は、MacOSのみで完結しておいたほうが、色々と楽だとは思います。
自作OSを作ってみた感想
「45分で実装する自作OS」に関しては、確かに動画を見ながら、1時間ぐらいで実装はできたのですが、環境構築に倍以上時間がかかったので、一からやるには、明らかに45分じゃ足りないので、その点には注意が必要です。
とりあえず動画の内容を一通り実装すると、システムコールはこんな感じで実装しているだ、とかプロセスの切り替えは、こうやって実現しているんだ的な、基礎が学べるのでオススメです。