"Операционная система" для RISC-V в тысячу строчек на Си

[vak]

Один крутой японец написал живопырку операционной системы для процессора RISC-V, уложившись в 1000 строк кода. Давайте глянем.

$ git clone https://github.com/nuta/operating-system-in-1000-lines.git
$ cd operating-system-in-1000-lines
$ wc *.c *.h
      96     252    2321 common.c
     576    1985   17559 kernel.c
      38     113    1092 shell.c
      47     134    1160 user.c
      33     120     994 common.h
     178     459    4745 kernel.h
      14      39     294 user.h
     982    3102   28165 total

Скомпилируем и запустим на симуляторе. Предварительно надо в файле run.sh настроить пути к clang и llvm-objcopy.

$ brew install llvm lld qemu
$ ./run.sh
+ QEMU=qemu-system-riscv32
+ CC=/usr/local/Cellar/llvm/19.1.6/bin/clang
+ OBJCOPY=/usr/local/Cellar/llvm/19.1.6/bin/llvm-objcopy
+ CFLAGS='-std=c11 -O2 -g3 -Wall -Wextra --target=riscv32 -ffreestanding -nostdlib'
+ /usr/local/Cellar/llvm/19.1.6/bin/clang -std=c11 -O2 -g3 -Wall -Wextra --target=riscv32 -ffreestanding -nostdlib -Wl,-Tuser.ld -Wl,-Map=shell.map -o shell.elf shell.c user.c common.c
+ /usr/local/Cellar/llvm/19.1.6/bin/llvm-objcopy --set-section-flags .bss=alloc,contents -O binary shell.elf shell.bin
+ /usr/local/Cellar/llvm/19.1.6/bin/llvm-objcopy -Ibinary -Oelf32-littleriscv shell.bin shell.bin.o
+ /usr/local/Cellar/llvm/19.1.6/bin/clang -std=c11 -O2 -g3 -Wall -Wextra --target=riscv32 -ffreestanding -nostdlib -Wl,-Tkernel.ld -Wl,-Map=kernel.map -o kernel.elf kernel.c common.c shell.bin.o
+ cd disk
+ tar cf ../disk.tar --format=ustar hello.txt meow.txt
+ qemu-system-riscv32 -machine virt -bios default -nographic -serial mon:stdio --no-reboot -d unimp,guest_errors,int,cpu_reset -D qemu.log -drive id=drive0,file=disk.tar,format=raw,if=none -device virtio-blk-device,drive=drive0,bus=virtio-mmio-bus.0 -kernel kernel.elf

OpenSBI v1.5.1
   ____                    _____ ____ _____
  / __ \                  / ____|  _ \_   _|
 | |  | |_ __   ___ _ __ | (___ | |_) || |
 | |  | | '_ \ / _ \ '_ \ \___ \|  _ < | |
 | |__| | |_) |  __/ | | |____) | |_) || |_
  \____/| .__/ \___|_| |_|_____/|____/_____|
        | |
        |_|

Platform Name             : riscv-virtio,qemu
Platform Features         : medeleg
Platform HART Count       : 1
Platform IPI Device       : aclint-mswi
Platform Timer Device     : aclint-mtimer @ 10000000Hz
Platform Console Device   : uart8250
Platform HSM Device       : ---
Platform PMU Device       : ---
Platform Reboot Device    : syscon-reboot
Platform Shutdown Device  : syscon-poweroff
Platform Suspend Device   : ---
Platform CPPC Device      : ---
Firmware Base             : 0x80000000
Firmware Size             : 319 KB
Firmware RW Offset        : 0x40000
Firmware RW Size          : 63 KB
Firmware Heap Offset      : 0x47000
Firmware Heap Size        : 35 KB (total), 2 KB (reserved), 10 KB (used), 22 KB (free)
Firmware Scratch Size     : 4096 B (total), 244 B (used), 3852 B (free)
Runtime SBI Version       : 2.0

Domain0 Name              : root
Domain0 Boot HART         : 0
Domain0 HARTs             : 0*
Domain0 Region00          : 0x00100000-0x00100fff M: (I,R,W) S/U: (R,W)
Domain0 Region01          : 0x10000000-0x10000fff M: (I,R,W) S/U: (R,W)
Domain0 Region02          : 0x02000000-0x0200ffff M: (I,R,W) S/U: ()
Domain0 Region03          : 0x80040000-0x8004ffff M: (R,W) S/U: ()
Domain0 Region04          : 0x80000000-0x8003ffff M: (R,X) S/U: ()
Domain0 Region05          : 0x0c400000-0x0c5fffff M: (I,R,W) S/U: (R,W)
Domain0 Region06          : 0x0c000000-0x0c3fffff M: (I,R,W) S/U: (R,W)
Domain0 Region07          : 0x00000000-0xffffffff M: () S/U: (R,W,X)
Domain0 Next Address      : 0x80200000
Domain0 Next Arg1         : 0x87e00000
Domain0 Next Mode         : S-mode
Domain0 SysReset          : yes
Domain0 SysSuspend        : yes

Boot HART ID              : 0
Boot HART Domain          : root
Boot HART Priv Version    : v1.12
Boot HART Base ISA        : rv32imafdch
Boot HART ISA Extensions  : sstc,zicntr,zihpm,zicboz,zicbom,sdtrig,svadu
Boot HART PMP Count       : 16
Boot HART PMP Granularity : 2 bits
Boot HART PMP Address Bits: 32
Boot HART MHPM Info       : 16 (0x0007fff8)
Boot HART Debug Triggers  : 2 triggers
Boot HART MIDELEG         : 0x00001666
Boot HART MEDELEG         : 0x00f0b509

virtio-blk: capacity is 3072 bytes
file: hello.txt, size=83
file: meow.txt, size=6
> _

Ядро стартовало, и мы видим приглашение для ввода команды. Примитивный шелл распознаёт только hello, readfile, writefile и exit.

> hello
Hello world from shell!

> readfile
Can you see me? Ah, there you are! You've unlocked the achievement "Virtio Newbie!"

> writefile
wrote 2560 bytes to disk

> readfile
Hello from shell!

> exit
process 2 exited
PANIC: kernel.c:564: switched to idle process

Ничо так, прикольно. Полная история на английском здесь: Operating System in 1,000 Lines. На самом деле чувак просто научился переключаться между режимом ядра и режимом юзера.

Comments

[juan_gandhi]

Ну, переключаться-то не особо большое дело.
Вот помню, отлаживать взаимодействие между кодом в защищённом и незащищённом режиме - это было да. Вот это было да.

[vak]

Тут есть обработка системных вызовов. Но никаких аппаратных прерываний.