YurongOS 雨融系统

简介

YurongOS（雨融系统）是一个运行于 x86-64 平台的玩具级操作系统，使用 C++ 和汇编编写，纯 64 位模式，用很新的工具链构建。

系统的设计与实现参考以下项目：

• 同济大学计算机系《操作系统》课程教学实验系统 Unix V6++ OOS
• 踌躇月光操作系统课程实验系统 onix

主要在以下材料的帮助下推进：

• OSDev 网站
• 同济大学《操作系统原理》

特别感谢：

• 张H同学
• 方Y老师
• 邓R老师
• 沈J老师

实现计划（别骂了，确实还差很多没做呢）：

• 启动引导（含基本分页）
• 内存检测（获取基本信息）
• 文本显示驱动
• 通用开发库
• 中断结构准备
• 内存检测（处理）
• 内核区分页
• 中断完善
• 内核堆内存管理
• 用户区分页
• 文件系统（设计）
• 文件系统（外置编辑器）
• 高速缓存
• 文件系统（内核）
• ELF 解析
• 系统调用
• 进程模型
• 进程运行时环境
• Shell

参考开发环境

这里列出一个参考环境。其他环境的开发体验不做保证。

OS: Arch Linux

Kernel: GNU/Linux 6.1.4

Graphics: X11

GCC: 12.2.0

NASM: 2.15.05

GNU Make: 4.3

推荐配置（虚拟机配置）

参数	最低配置	舒适配置
CPU	Skylake Server	Icelake Server
内存	32MB	8GB
硬盘	32MB	256MB

经过测试的虚拟机运行环境

主机环境	虚拟化平台	虚拟化平台备注	芯片设置	内存大小
Arch Linux (Linux 6.1.8) amd64	Qemu System X86_64 7.2.0		Icelake-Server	8GB
Arch Linux (Linux 6.1.8) amd64	Bochs 2.7	自行编译，启用64位支持	启用 1gb_page	128MB
Windows 11 Pro amd64	VMware® Workstation 17 Pro 17.0.0			12GB

系统盘布局

盘块号	大小	用途
0	512B	启动引导
1	512B	文件系统 SuperBlock
[2, 3]	1KB	long mode 加载器
[4, 1999]	998KB	kernel 二进制文件
		待定

进程核心栈设计

物理内存布局

使用平铺模型（flat model），即描述符内注明的内存基地址就是 0，不做奇怪的变换。

地址使用16进制书写（带单位的除外）。

启动时

起始地址	终止地址（含）	大小	用途和备注
0	3FF	1KB	中断向量（BIOS保留）)
400	4FF	256B	BIOS数据（BIOS保留）)
500	503	4B	内存检测 ards count
504	507	4B	空
508	81F	792B 每结构24字节 强制限制最高33个结构	内存检测 ards buffer
FF0	FFF	16B	BIOS int 13h 使用 LBA 硬盘访问
1000	1FFF	4KB	四级页表（PML4）
2000	2FFF	4KB	内核静态区页表 PML3
3000	3FFF	4KB	内核静态区页表 PML2
4000	4FFF	4KB	核心栈页表 PML3
5000	5FFF	4KB	核心栈页表 PML2
6000	77FF	6KB	启动引导过程暂用运行栈
7800	7BFF	1KB	启动引导程序：二级启动器
7C00	7DFF	512B	启动引导程序：一级启动器
7E00	7EFF	256B	VBE Mode Info
8000	47FFF	256KB	物理映射 PML3
48000	49FFF	8KB	空闲内存管理器的前2个页链节点
58000	5FFFF	32KB 64个硬盘扇区	int 13h 拷贝缓冲区
9D000	9DFFF	4KB	前2M映射 PML3
9E000	9EFFF	4KB	前2M映射 PML2
9F000	9F1FF	512B	VBE Info Block
9FC00	9FFFF	1KB	扩展BIOS数据区（BIOS保留)
10 0000 1MB	7F FFFF 8MB - 1B	7MB	系统内核静态数据 （注：需在启动引导程序 编辑实际加载大小）
80 0000 8MB	EF FFFF 14MB - 1B	6MB	核心栈

内存映射

采用高位内核设计。

用户区：[0x 0000 0000 0000 0000, 0x 0000 7FFF FFFF FFFF)

内核区：[0x FFFF 8000 0000 0000, 0x FFFF FFFF FFFF FFFF)

各 128TB。

用户区（Ring 3）

起始地址	结束地址（含）	大小	物理起始地址	用途和备注
	7FFF FFFF FFFF (8000 0000 0000 - 1)		/	用户栈

内核区（Ring 0）

起始地址	结束地址（含）	大小	物理起始地址	用途和备注
FFFF A000 0000 0000 160TB 320, 0, 0, 0	FFFF A000 007F FFFF 320, 0, 3, 511	8MB	00 0000	1M 以下区域 和 系统内核静态
FFFF BFFF FFA0 0000 191T+1023G+1018M	FFFF BFFF FFFF FFFF	6MB	80 0000	核心栈
FFFF C000 0000 0000 192TB	FFFF DFFF FFFF FFFF	32TB	00 0000	物理内存映射

构建方式

建议在 Linux 环境下构建 YROS。参考环境：Arch Linux (GNU/Linux 6.3.8), GCC (g++) 13.1.1, CMake 3.26.4

构建：

cd src
make

运行：

cd src
make qemu  # make qemug / vmdk