ZerOS

用 Zig 写的简易操作系统，用于复旦大学 2023 年秋季学期《操作系统》课程的配套实验。

名字随便起的，寓意 Zero OS 即自己的第一个操作系统。~~不如放一只可爱猫猫~~

为什么用 Zig？因为比 C 更现代化，有包管理和一部分语法糖；比 Rust 更能操作内存且心智负担稍小。而且 Zig 有强大的编译期计算和静态反射能力，一部分标准库也可以在裸金属上使用，并且可以和 C 代码无缝集成。

但是 Zig 语言有很多小毛病，稳定性不如 Rust。o(╥﹏╥)o

特点

目前只能跑在树莓派 3B 上，在 qemu 上能通过测试。
尽量使用 Zig 语言

构建指南

前置要求

安装 Zig

Zig 目前正在快速迭代，每个小版本的 API 都会有很大变动。目前推荐使用 0.11.1 稳定版。

安装过程详见：https://ziglang.org/learn/getting-started/，源码仓库：https://github.com/ziglang/zig

如果从源码构建，需要安装 clang-16 libclang-16-dev llvm-16 libllvm16 lld-16 liblld-16-dev zstd libzstd-dev ，必须是 16 版本。CMake 构建必须要指定 CLANG_INCLUDE_DIRS 和 LLD_INCLUDE_DIRS。

这是我的构建命令：

mkdir build && cd build
cmake .. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DCLANG_INCLUDE_DIRS=/usr/lib/llvm-16 -DLLD_INCLUDE_DIRS=/usr/lib/llvm-16
make -j && make install

建议安装 zls

zls 是 Zig 的语言服务器，建议安装。

zls。可以使用 0.11.0 版本的二进制包，也可以使用本地 Zig （master 版本）构建。

zls 项目根目录下，我的构建命令是：

zig build -Doptimize=ReleaseFast -Ddata_version=master --verbose -p /usr/local

VS Code 配置 Zig 开发环境

我的开发环境是 VS Code + wsl2，使用 Zig 官方的 VS Code 插件可以获得语法高亮、补全、跳转、格式化等功能。

VS Code 支持用 C/C++ 的远程调试功能调试 Zig 代码。详见知乎：VS Code与GDB Server远程调试和知乎：在 Windows 版 VS Code 中调试 Zig 代码

为什么不用 CLion？目前 JetBrains 系 IDE 的远程功能比较烂，运行成本高。

构建本项目

Zig 项目会尽可能使用 build.zig 构建脚本构建程序，尽量不使用 make。同时会使用到 llvm-objdump-16 和 llvm-objcopy-16。不使用 aarch64-linux-gnu-* 的软件。

使用 zig build --help 获得所有帮助。

构建 ELF

zig build

这会将项目构建为 elf 格式，默认安装到 zig-out/bin 目录下。只会构建到 kernel8.elf。

直接启动 qemu

zig build qemu

这一步会构建 kernel8.elf, kernel8.asm, kernel8.hdr, kernel8.img 并且启动 qemu。

qemu + gdb

zig build qemu-debug

在启动 qemu 的同时启动 gdb-server，监听 tcp::1234。

项目清理

清理输出文件

zig build uninstall

这会清除 zig build 的输出文件。

清理构建缓存

zig build clean

这会直接删除 zig-out 和 zig-cache 文件夹。

目标

完成 OS 实验要求。
内核 panic 时打印调用栈信息，基于 https://andrewkelley.me/post/zig-stack-traces-kernel-panic-bare-bones-os.html。
跑在香橙派和其他的 aarch64 开发板上。
移植一些系统级应用程序。

已知问题

构建得到的 kernel8.elf debug 信息引用了不存在的行，错误信息会输出到 kernel8.asm.log。
目前的 Zig 不支持链接时全局变量初始化，而页表 kernel_pt.c 依赖于这一点，所以不方便移植到 Zig。但是实际上只有 start.S 依赖于这个文件，所以我直接拿过来，利用 Zig 无缝衔接 C 的特性把 kernel_pt.c 缝进了项目里面。

参考项目

开源许可证

本项目以 MIT 许可证开源。

JingYiJun / ZerOS