はじめに

以前、簡易的なOSを作ってみる（未解決）でOS作りに挑戦し、失敗。

しかし、Gemini 1.5 Pro なら作れるのではないかと思い、再挑戦です。
2024年6月、 Claude 3.5 Sonnet が話題になってますが、あえて Gemini を使います。

要件

Docker で起動する
画面に「Hello, World!」と表示する

準備

ターミナル: Dockerコマンドを使います
エディタ: VSCodeなど
Docker: OSを起動させる仮想環境として使います
VNCクライアント: 後ほど、Docker上で起動したOSの画面を表示するために使用
今回はRealVNC Viewer

以下、Dockerfile、ブートセクタ、その他もろもろ、Gemini 1.5 Pro に質問しながら進めました。

実装

Docker環境構築

まずは、プロジェクト用のディレクトリを作成。

mkdir my-os
cd my-os

Dockerfile の作成

FROM alpine:latest

RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories

RUN apk update && apk add nasm qemu-system-x86_64 gcc make libc-dev 

ENV PATH="${PATH}:/usr/bin" 

WORKDIR /root/os

CMD ["/bin/sh"]

Dockerfileの内容
- FROM alpine:latest: OS開発の土台となる、軽量なAlpine Linuxのイメージを取得
- RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories: Alpine Linuxのミラーサイトを、より安定したものに変更
- RUN apk update && apk add nasm qemu-system-x86_64 gcc make libc-dev: OS開発に必要なツール(nasm, qemu-system-x86_64, gccなど)をインストール
- ENV PATH="${PATH}:/usr/bin": qemu-system-x86_64コマンドを実行できるように、パスを通す
- WORKDIR /root/os: Dockerコンテナ内の/root/osを作業ディレクトリに設定
- CMD ["/bin/sh"]: コンテナ起動時に/bin/shを実行

Dockerイメージのビルド

コマンドプロンプトまたはターミナルを開き、以下のコマンドを実行

docker build -t os-dev .

エラーが無ければ、これで、OS開発用Dockerの準備が完了です。

ブートセクタ作成

次に、OSが起動した時に一番最初に読み込まれるプログラム「ブートセクタ」を作ります。

boot.asm

[bits 16]
[org 0x7c00]

start:
    mov ah, 0x0e ; ビデオサービス(テレタイプモード)
    mov bx, 0x0007 ; 文字色(白)
    mov bp, msg ; メッセージのアドレス
       
.loop:
    mov al, [bp]
    cmp al, 0
    je .end
    int 0x10 ; ビデオサービス割り込み
    inc bp
    jmp .loop
       
.end:
   jmp $ ; 無限ループ

msg:
   db 'Hello, World!', 0

times 510-($-$$) db 0 ; 510バイト目まで0で埋める
dw 0xaa55           ; ブートセクタのマジックナンバー

バイナリに変換する際も、コメントはそのままで大丈夫でした。

コードの説明
- [bits 16]: 16ビットモードで動作することを指定します。
- [org 0x7c00]: プログラムをメモリ上の0x7c00番地に配置することを指定します。
- start:: プログラムの開始位置です。
- mov ah, 0x0e: ビデオサービス(テレタイプモード)を指定します。
- mov bx, 0x0007: 文字色を白に設定します。
- mov bp, msg: メッセージのアドレスをbpレジスタに格納します。
- .loop:: 文字列の表示ループです。
- mov al, [bp]: 表示する文字をalレジスタに取得します。
- cmp al, 0: 文字がnull(終端)かどうか判定します。
- je .end: nullの場合はループを終了します。
- int 0x10: ビデオサービス割り込みを実行します。
- inc bp: 次の文字へポインタを進めます。
- jmp .loop: ループの先頭へジャンプします。
- .end:: ループ終了位置です。
- jmp $: 無限ループです。
- msg:: 表示するメッセージを定義します。
- times 510-($-$$) db 0: 510バイト目まで0で埋めます。
- dw 0xaa55: ブートセクタのマジックナンバーです。

これで、OSの心臓部であるブートセクタの作成が完了。

ステップ３：バイナリ変換

作成した「boot.asm」を、コンピュータが理解できる言葉(機械語)に変換します。

バイナリ変換コマンドの実行

コマンドプロンプトまたはターミナルで、以下のコマンドを実行します。
```
nasm -f bin boot.asm -o boot.bin
```
- コマンドの説明
  nasm -f bin boot.asm -o boot.bin: boot.asm をバイナリファイル(boot.bin)に変換します。

これで、OSを実行する準備が整いました。

ステップ４：Docker上で実行

いよいよ、作成したOSをDocker上で実行します！

Dockerコンテナの起動

コマンドプロンプトまたはターミナルで、以下のコマンドを実行します。
```
docker run -it -p 5900:5900 -v $(pwd):/root/os os-dev qemu-system-x86_64 -vnc :0 -fda boot.bin 
```
実行結果
```
$ docker run -it -p 5900:5900 -v $(pwd):/root/os os-dev qemu-system-x86_64 -vnc :0 -fda boot.bin 
WARNING: Image format was not specified for 'boot.bin' and probing guessed raw.
Automatically detecting the format is dangerous for raw images, write operations on block 0 will be restricted.
Specify the 'raw' format explicitly to remove the restrictions.
```
WARNINGが出てますが、とりあえず大丈夫そうですね。
- コマンドの説明
  - docker run -it -p 5900:5900 -v $(pwd):/root/os os-dev: ステップ1で作成した「os-dev」イメージを使って、Dockerコンテナを起動します。 -v $(pwd):/root/os は、カレントディレクトリ(ここでは「my-os」フォルダ)を、Dockerコンテナ内の/root/osにマウントします。 -p 5900:5900 で、Dockerホストとコンテナ間でポートフォワーディングを設定します。
  - qemu-system-x86_64 -vnc :0 -fda boot.bin: QEMUを使って、boot.binを実行します。-vnc :0オプションでVNCサーバーを起動します。
VNCクライアントで接続

インストールしたVNCクライアントを起動し、 "127.0.0.1:5900" に接続します。

うまくいけば、VNCクライアント上の黒い画面に「Hello, World!」と表示されます。

ついに、、、OSが起動しました 🎉🎉
途中、何度かエラーがあったのですが、それも解決してもらいました。
さすがGemi兄さんですね！

まとめ

今回は、Geminiの協力を得て、簡易的なOSを起動してみました。
まだ文字列を表示させただけのものですが、これから徐々に、進化させて行こうと思います。

AIを活用することで、自分が未経験の分野にもチャレンジすることができます。

みなさんも一緒にがんばりましょう！