この記事は圧倒的令和ッ！！ぴょこりんクラスタ Advent Calendar 2019のために書いたものです。ちなみにこのAdvent Calendarが何なのかについては、主催者による紹介記事を見てください。

はじめに

コンピュータをかじったことがある人間であれば、誰しも1度位はOSとかコンパイラを作ってみたいと思ったことがあるだろう。ただ、実際に作る人はそんなに多くない。自分自身はと言うと、時折発作のように思い出しては今更かなと思って何もしないクズ系ワナビーである。そんな折、たまたまAmazonで"30日でできる！　OS自作入門"が半額セールで買えたので、これをひととおりやってみることにした。つまり、本記事はこれの作業記録である。

環境用意

あまりがんばらなくても用意できるものでやるという方針のもと、以下とした。基本的な作業は、Virtualbox上のManjaro Linuxでやる。

Windows 10 Pro: Virtualboxを動かす用
Virtualbox 6: 作ったOSを動かす用

以下、x日目は、本の上での日数であり、実際の作業時間とは一致しない。

また、リポジトリは以下である。 github.com

1日目

Vimをバイナリエディタとして使おうとして拾った設定がうまく動かずじたばたした。拾ったやつはBufWritePreの%!xxd -r後に| endifが書いてあったんだけど、それだと!の引数として解釈されるようで正しく動かなかった。全部書いて:wqしたら、Command Not Foundだけ書いてあるファイルが出てきてつらくなった。

以下は正しく動く版のもの。

"バイナリ編集(xxd)モード（vim -b での起動、もしくは *.binファイルを開くと発動）
augroup BinaryXXD
    autocmd!
    autocmd BufReadPre  *.bin let &binary =1
    autocmd BufReadPost * if &binary | silent %!xxd -g 1
    autocmd BufReadPost * set ft=xxd | endif
    autocmd BufWritePre * if &binary | %!xxd -r
    autocmd BufWritePre * endif
    autocmd BufWritePost * if &binary | silent %!xxd -g 1
    autocmd BufWritePost * set nomod | endif
augroup END

バイナリファイルはとりあえず全部書いてみた。バイナリファイルを作成するアセンブリコードについては、バイナリファイルを読んでアセンブリコードを吐き出すスクリプトを作り、写経したことにした。本に従って、アセンブラはIntel形式で書き出した。

作ったイメージファイルは、Virtualboxに仮想フロッピーディスクとして認識させたら普通に動いた。もっと苦労すると思ったけど、案外あっけない、hello world。

2～3日目

イメージの作り方がわからない。しかし、同じことをやっている人はたくさんいて、その中でもきちんとログを残してくれた偉大な先人のMakefile等を参考になんとか実施。本では、スクリプトの中身の解説はまだなので、理解する前に写した。画面はまっくらだけど、hlt命令を実行しているだけなので、これで正しい。

f:id:nbisco:20191203223138p:plain — 2～3日目

4日目

Win98みたいなツールバーが出せるようになった。結構あっという間に画面の大枠が出来てしまった。

ところで、なぜ第1引数がESP + 4なのか？それは単純でx86のCalling Conventionによるものであった。 32bitに関して言えば、ESP + 0は戻り先アドレス、ESP + 4は最左の引数、ESP + 8は次・・・みたいな感じで積まれるようである。ここを参考にした。

5日目

フォントを手作りして、何か表示する回。途中、sprintfがなくて困る。gcc-multilibを入れてもstaticにリンクできなかったので、ここからsprintfを拝借した。最初は小さいlibc(muslとか)をリンクすればいいかなと思ったけど、ほしいのはsprintfだけだったので止めた。

また、手作りフォントについては、ここを参考に、python スクリプトをえいやで作ってなんとかした。

真ん中の数値は、緑画面の中央点の座標を表している。

6日目

キーボードからの割り込みを拾ったよ、ということを表示する回。内容ではまるというよりは、Makefileではまる。 haribote.sysをddする際、countが正しく指定されていないことが問題で、原因はワンライナーの計算方法だった。 Makefileの変数内の$マークをエスケープ($を$$に置き換え)して、0.5足して、小数点以下切り捨てることで対応。

7日目

キーボード入力とマウス入力を拾って、単にそのまま生の値を表示する回。矢印は動かないし、自由に文字を打てないが、入力を拾えるようになったのは嬉しい。

定数をマクロに置き換えた際に写経ミス(8で割るのを忘れた)発生により、動作せずにしばらくはまった。デバッガがないせいで原因がよくわからず、発見まで時間がかかった。デバッガがないのは本当につらい。これ以外は特に問題なかった。

8日目

マウス入力を拾って、どのボタンが押されたか、どちら向きに移動したか、矢印が今どこにいるかを表示する回。

マウスの矢印が動き始めたので感慨深い。拝借したsprintf関数が負の数に対応していなかったので修正した。ふと思ったんだけど、BIOSでUSBキーボードが使えるということは、BIOSそのものがUSBドライバとキーボードドライバを持ってるってことなんだよな。OSのサポートなしでドライバ作るなんてBIOSメーカも大変だなあ・・・