为 x86 架构开发操作系统 [关闭]答案

【问题标题】：Developing an operating system for the x86 architecture [closed]为 x86 架构开发操作系统 [关闭]
【发布时间】：2010-09-12 21:42:19
【问题描述】：

我正计划为 x86 架构开发一个操作系统。

我有哪些编程语言选项？
有哪些类型的编译器可用，最好是在 Windows 环境中？
是否有任何好的资源可以帮助我了解有关操作系统开发的更多信息？
是在虚拟机上还是在物理硬件上测试我的操作系统更好？

有什么建议吗？

【问题讨论】：

最好使用什么语言？在 X86 架构中，最好选择 x86 汇编语言和 C！
投票结束过于广泛。另见：stackoverflow.com/questions/254149/…

标签： operating-system x86 osdev

【解决方案1】：

在我最后一年的拼贴项目中，我开发了一个小型 x86 操作系统，它带有一个虚拟内存管理器、一个虚拟文件系统和完全抢占式多任务处理。我把它开源了，代码被大量注释，查看它的源代码页面：

https://github.com/stephenfewer/NoNameOS

根据我的经验，我可以推荐以下内容：

您将需要 x86 汇编语言用于各个部分，这是不可避免的，但可以保持在最低限度。很快您就会运行 C 代码，这是 OS 开发的可靠选择。一旦你有了某种可用的内存管理器，你就可以根据需要进入 C++（你需要某种内存管理器来处理诸如 new 和 delete 之类的事情）。

无论您选择哪种语言，您仍然需要汇编和 C 语言才能将系统从 BIOS 引导到任何可用的形式。

最终，您选择的主要语言将取决于您要开发的操作系统类型。

我的开发环境是 GNU 开发工具 DJGPP 以及 NASM 汇编器的 Windows 端口。对于我的 IDE，我使用 IBM 的 Eclipse 和 CDT 插件，它在 Eclipse 中提供了 C/C++ 开发环境。

为了测试，我推荐BOCHS，一个开源的 x86 PC 模拟器。它可以让您快速启动您的操作系统，这非常适合测试，并且可以集成到 eclipse 中，因此您只需按一下按钮就可以构建和运行您的操作系统。我还建议偶尔同时使用 VMWare 和物理 PC，因为这样可以发现一些细微的错误。

附：操作系统开发真的很有趣，但非常密集，我花了 12 个月的大部分时间。我的建议是做好计划，您的设计是关键！享受:)

【讨论】：

我会推荐 Qemu（不知道它是否在 Windows 上运行）作为主虚拟机，因为它比 BOCHS 快很多！对于更严重的错误，我通常使用 BOCHS，因为它具有强大的调试功能并与 gdb 集成。
@QAZ，我知道这是一个很晚的帖子，但是您的项目有新链接吗？此链接已失效。
@QAZ，您能否提供一个指向您的项目的新链接？
嗨，我已经更新了上面答案中项目的链接。

【解决方案2】：

C 很可能...所有主要的操作系统都是用 C/C++ 或 Objective-C(Apple) 编写的

【讨论】：

【解决方案3】：

毫无疑问，我会使用 Ada。这是我遇到的最好的通用系统编程语言，没有之一。例如，Ada 在指定记录中对象的位布局方面比 C 好得多。Ada 还支持在特定内存位置上覆盖记录。 C 要求您使用指针来实现相同的效果。这可行，但更容易出错。 Ada 还具有对中断的语言支持。

另一个：安全。 Ada 默认为绑定检查数组分配，但允许您在需要时将其关闭。 C“默认”为不对数组进行绑定检查，因此您必须在需要时手动进行。时间表明，这不是正确的默认值。你会忘记一个需要它的地方。缓冲区溢出漏洞是黑客使用的最常见的安全漏洞。他们有完整的网站解释如何找到和使用它们。

至于学习这方面的知识，我知道的两本书是XINU（Unix 倒退，与山达基无关）和Project Oberon。第一个是在我的操作系统研究生课程中使用的，第二个是由 Pascal 的创建者 Nikalus Wirth 编写的。

【讨论】：

【解决方案4】：

请务必查看我的问题的答案：

How to get started in operating system development

【讨论】：

【解决方案5】：

马里兰大学提供的操作系统课程使用GeekOS。这是一个小型、广泛评论的操作系统，专为教育目的而设计，可以使用 Bochs 或 QEMU 模拟器运行。

有关如何在课程中使用它的示例，请查看课程webpage 的先前课程。在那里，您会发现必须向 GeekOS 添加不同功能的任务。

这是熟悉在 x86 架构上运行的小型简单操作系统的好方法。

【讨论】：

【解决方案6】：

你选择什么语言并不重要。如果该语言是图灵完备的，那么您可以在其中编写一个操作系统。

但是，语言的表现力会使某些类型的设计很容易或很难实现。例如，旧 Smalltalk 操作系统的“活力”和活力取决于它们在 Smalltalk 中实现的事实。您也可以在 C 中做到这一点，但它可能太难了，以至于您甚至都不会考虑它。 JavaScript 或 Ruby OTOH 可能非常适合。

Microsoft Research's Singularity 是另一个例子。除了 Sing#、Spec# 和 C#（或类似语言）之外，它根本无法实现，因为很多架构都依赖于这些语言的静态类型安全性和静态可验证性。

要记住一件事：用 C 语言实现的操作系统的设计空间已被充分探索。实际上有成千上万的人。但是，在其他语言中，您实际上可能会发现以前没有人发现过的东西！大约只有十几个用 Java 编写的操作系统，大约六个用 C# 编写的，在 Haskell 中大约有两个操作系统，在 Python 中只有一个，在 Python 中只有 none Ruby 或 JavaScript。

尝试用 Erlang 或 Io 编写操作系统，看看这会如何影响您对操作系统的思考！

【讨论】：

"如果语言是图灵完备的，那么您可以在其中编写操作系统。"这不是真的。 Java 是图灵完备的，但操作系统的某些部分无法在 Java 中完成（例如端口 I/O）。图灵完备并不不意味着你可以用它做任何事情。
你怎么能用 ASM 以外的语言启动电脑？？？
@JesonPark：您也无法使用 ASM 启动 PC。您只能使用本机机器代码启动它。因此，您可以按照与 ASM 相同的方式进行操作：将程序从语言转换为本地机器代码。
@JörgWMittag：我知道！但是在所有 OS-Dev 教程中，首先我们使用 asm 语言编写 Bootloader 除非你想玩主板线！！！！！！
@JörgWMittag 我希望看到您在不使用任何程序集的情况下启动 x86 操作系统。（多重引导不算在内。）

【解决方案7】：

还可以查看OSDev.org，其中包含您入门所需的所有信息。

【讨论】：

【解决方案8】：

使用 ANSI C，并从模拟器开始。当您移植到真机时，会有一些汇编代码。上下文切换和中断处理（例如）更容易用汇编程序编写。

Andy Tannenbaum 写了一本关于操作系统的好书。还有很多其他好的。

祝你好运！没有什么比编写自己的操作系统更棒的了。

【讨论】：

安迪...他是你的朋友吗？

【解决方案9】：

我为 386SX 做过一次，它位于 PCI 板上。关于如何在保护模式下启动 X86 cpu 的一个很好的来源是 linux 的源代码。这只是一些汇编语句。之后，您可以使用 gcc 编译您的 C 代码。结果是 ELF 格式的目标代码。我编写了自己的链接器，用目标代码制作程序。是的，它奏效了！祝你好运。

【讨论】：

【解决方案10】：

语言和编译器完全取决于您要完成的任务。不过，我建议您可能从太低的层面来处理问题。

有一些关于操作系统基础的材料。 MIT has OpenCourseware on the subject。阅读Andrew Tannenbaum 的Operating Systems series，并查看Minix 之类的内容。

了解那里有什么。开始修补东西。借用想法，看看它们的去向。如果你真的愿意，你可以重新发明轮子，但你会在其他人的作品的基础上学到更多。

【讨论】：

我在某种程度上不同意。通过重新发明轮子，你可以学到很多东西——假设这里的目标是学习而不是制造产品。为一门著名的编程语言手动编写自己的解析器肯定是在重新发明轮子，但它仍然通常用作编程练习，因为通过深入研究，您可以了解很多关于解析器如何工作的知识。同样适用于操作系统。很高兴看到其他人是如何做到的，但前提是您自己尝试过。

【解决方案11】：

如果您想编写一个操作系统，那么您需要几个人。一个操作系统不能写一个人。我认为在现有的操作系统项目上工作会更好

Reactos --> C，汇编程序
SharpOS --> C#
JNode --> Java

这只是操作系统项目的简短列表。您如何看待每种可能的语言都有一个项目。

【讨论】：

编写操作系统是这里的 CS 本科生的标准项目。只需要他们一个学期。
一个操作系统绝对可以由一个人编写。它有多少功能以及它的完善程度可能非常有限，但绝对有可能。

【解决方案12】：

您可能想查找 XINU。它是一个适用于 x86 的微型操作系统，除了供学生解剖之外，它并没有真正用于任何其他用途。

【讨论】：

【解决方案13】：

如果您要制作完整的操作系统，则需要使用多种语言。我希望至少有汇编、C 和 C++。

我会在大部分测试中使用虚拟机。

【讨论】：

为什么你可能同时需要 C++ 和 C？
@Daniel：虽然 C 非常适合高性能、接近硬件级别的低级编程，但我会推荐 C++ 用于所有其他更高级别的东西。不知道为什么你/不会/需要 C 和 C++。
@Rich：您不需要超过一种语言。您可能想要使用多个。我们不要将“需要”与“非常想要”混为一谈。
@David：我会支持“需要”。