BaGua

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BaGua Operating system is aiming to focus on the future's needs, accelerating the world to be more flexible, warmable, believable.

八卦操作系统专注于未来世界的需求，加速⏩世界向更加有温度，可信任，灵活的，智慧的方向发展。

需求管理

• MBR引导，多系统引导协议支持(MultiBoot/MultiBoot2)

• 实模式到保护模式切换

• 分页模式-二级页表

• 内存管理

  • 虚拟地址空间分配管理
    • 虚拟内存
  • 物理内存分配管理

• 任务调度和管理

  • 内核线程
  • 用户进程
  • 任务调度
    • 时间片轮转
    • 优先级
    • 抢占模式

• 同步机制

  • 互斥锁
  • 信号量
  • 共享内存
  • 自旋锁
  • 消息队列

• 中断机制

  • 基于经典8259A芯片的单核中断管理模块
  • 基于APIC高级的多核的中断管理模块

• 文件系统

  • 虚拟文件系统

• 。。。。。。

欢迎👏，朋友👬

这是我的第一个操作系统，打算以git的方式进行跟踪开发。

先说一说为什么要开发这个系统，或者叫系统内核，叫它为系统，是因为系统发展到今天只是个内核就显得有点单调了，一些必要的组件就需要跟内核强绑定。目前开发操作系统有两大架构，一个是宏内核，一个为微内核。我决定采用宏内核的方式，虽然学术上微内核获得了很多褒奖，但我不打算覆盖所有，一应俱全。我对它的定位是专用，是的，它只需要服务于特定的目的。专而精，我想可以作为它的一个方向。

现在存在这么多系统，Linux, Windows, MacOSx, Android, FreeBSD, RTOS等等，我为什么费力不太好去做这个呢？

🤔.......，因为那些都是别人的。就像买东西，个人品味不同，需求就不同，萝卜青菜，各有所爱。世界上通用的商品那么多，还是很多人喜欢定制的服装，自己设计，然后生产。我也是，我想这样品味的人也不少吧。虽说通用的系统已经很棒了，但是总感觉少了点什么，摸着它心里不是些滋味，很多功能不是自己想要的，显得多余，占据资源，也有很多功能是自己需要的，它却复杂化了。

......

所以，我就下手了👋。人生那么长，有些事情可以慢慢做，一步步来，品味其中的乐趣。

之所以以这种方式，有以下几种原因：

1）项目在本地电脑，太容易淹没在文件📃大军中，而保留在Github上确可以起到提醒的作用；

2）经常操作电脑💻，难免改来改去，一段时间过去了，都不知道正确的版本是哪个了，仿佛呆在了云里雾里。

3）需要一个时间线和日志来记录📝这一过程。当N年以后，回过头来看👀，总是能够带来些什么。

所以，朋友👬，如果你对此感兴趣，欢迎👏以任何方式参与其中：

• 提建议
• 参与开发计划
• 参与讨论
• 发布你的看法
• 讨论

。。。。。。

缘起

八卦源自中国传统文化中的一种阵法，名“八卦阵”。

太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦。

如今，我用“八卦”这一词来命名刚刚出世的操作系统-BaGua Opreating System，象征着奥妙无穷，千变万化，散发着智慧的光芒。操作系统从最初的鼻祖Unix开枝散叶，相继诞生了Dos，Linux，Window，MacOS，Android，IOS等一大批有特色的系统，它们各具特色。伴随着场景的演化，系统也越来约复杂，在一些场景下，有的功能显得多余可以去掉，从而提升性能，有的场景目前系统还满足不了特殊需求，定制化又伴随而来。

因此，“八卦”系统-BaGua Os诞生了，它不是为了通用而存在，它是为了未来的需求而存在，在随着需求的进化而逐渐演变。

诞生

第一个版本v0.00发布，支持一下特性：

• 多系统引导，支持Gnu multiboot/multiboot2协议
• 支持硬盘引导，软盘引导
• 32位工作模式
• 支持i386处理器
• 有内核功能函数
  • 键盘输入
  • 屏幕显示功能

它虽然小而简单，但作为地基基础框架搭建起来了，结构完整，地基牢固所以容易扩展。

目录结构图

• boot 系统引导目录

• init 初始化程序目录

• libs 内核功能库函数

• drivers io操作功能

• scripts 编译以及链接运行脚本

另外，提供虚拟硬盘hd.img大小10M，供系统启动使用。

系统运行

由于是内核级系统的开发，因此选择虚拟机上进行运行和调试，虚拟机有很多：VmWare, virtualBox, Bochs, qemu等。

这里，我选择的是qemu+virtualBox。

1 进入目录

cd BaGua

2 运行make，生成虚拟磁盘文件和系统BaGua_OS

make

3 运行虚拟机，启动BaGua_OS

make qemu

版本更新

V0.00 首发版本

V0.01版本

这个版本添加内核级别调试相关功能函数

• debug 支持内核错误🙅‍♂️时打印一些重要‼️的信息
• printk 内核级显示函数支持
• 字符串操作的支持

V0.02版本

• 增加全局描述符表的支持

• 增加中断注册，中断请求服务框架
• 支持8259A芯片级联下的中断控制服务
• 定时器中断8243芯片的支持

V0.03版本

主要增加对内存的管理：

• 物理内存管理

  • 没有大程序频繁申请/释放内存的需求
  • 内存在开始使用时就为程序准备好
    • 能够避免程序因为内存频繁申请和释放造成对内核性能的影响
    • 优先保障程序的长期稳定运行
    • 保障程序运行的环境，可信，可靠

• 虚拟内存管理

• 分页模式的支持

  

• 堆内存管理的支持

  • 满足小块内存的分配和释放，内存需求<4kb时
  • 双向链表实现

V0.04版本

• 增加内核进程/线程的统一表示，借鉴Linux风格
• 内核进程/线程的调度

V0.05版本

新版本特性，这期版本做了大量的修正工作，较上个版本改动大。主要体现在以下方面：

• 内存管理模块方面

  • 删除原来的基于栈内存分配和管理模式
  • 新增一个数据结构位图bitmap，用来表示内存的分配情况，配合内存管理模块
  • 新增基于bitmap的内存管理模块
    • 给出虚拟地址，能够自动判别是否分配，是否关联物理页
    • 能够分配物理页面，虚拟页面，并将二者通过页表进行映射
    • 内存的分配和释放通过bit位的状态

• 任务/内核线程模块

  • 大量改进原有进程/任务的数据结构，新增多个字段表示任务的状态
  • 在时间片轮转基础上新增优先级调度的支持
    • 初始化任务时对优先级设置的支持
  • 等待队列的实现
  • 线程切换机制，通过汇编实现支持

• 页表初始化设置方面

  • 改进原来的页表设置，方便访问管理
    • 内核和用户空间1:1划分
    • 第0项和第678项页目录项设置指向位0～4M的物理地址空间
    • 最后一个页目录项指向页目录表

V0.06版本

目前内核还一直运行在内核，我们实现了内核多线程机制，内核多线程调度。

然而多线程操作，必然涉及到一个资源共享时操作的问题，即多个线程同时操作同一个资源会造成结果的不确定性，这是由于多个线程是通过分时来模拟的，1个CPU为多个线程提供服务，通过时钟中断在多个线程间来回切换。

那么，本次版本，我们要解决这个问题，经典的方法是同步机制，详细介绍：同步机制实现