Writing an OS in Rust

Philipp Oppermann's blog

Rust로 OS 구현하기

이 블로그 시리즈는 Rust 프로그래밍 언어로 작은 OS를 구현하는 것을 주제로 합니다. 각 포스트는 구현에 필요한 소스 코드를 포함한 작은 튜토리얼 형식으로 구성되어 있습니다. 소스 코드는 이 블로그의 Github 저장소에서도 확인하실 수 있습니다.

최신 포스트: Async/Await

Rust로 'Freestanding 실행파일' 만들기

운영체제 커널을 만드는 첫 단계는 표준 라이브러리(standard library)를 링크하지 않는 Rust 실행파일을 만드는 것입니다. 이 실행파일은 운영체제가 없는 bare metal 시스템에서 동작할 수 있습니다.

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최소 기능을 갖춘 커널

이번 포스트에서는 x86 아키텍처에서 최소한의 기능으로 동작하는 64비트 Rust 커널을 함께 만들 것입니다. 지난 포스트 Rust로 ‘Freestanding 실행파일’ 만들기 에서 작업한 것을 토대로 부팅 가능한 디스크 이미지를 만들고 화면에 데이터를 출력해볼 것입니다.

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VGA 텍스트 모드

VGA 텍스트 모드를 통해 쉽게 화면에 텍스트를 출력할 수 있습니다. 이 글에서는 안전하지 않은 작업들을 분리된 모듈에 격리해 쉽고 안전하게 VGA 텍스트 모드를 이용할 수 있는 인터페이스를 구현합니다. 또한 Rust의 서식 정렬 매크로 (formatting macro)에 대한 지원을 추가할 것입니다.

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커널을 위한 테스트 작성 및 실행하기

이 글에서는 no_std 실행파일에 대한 유닛 테스트 및 통합 테스트 과정을 다룰 것입니다. Rust에서 지원하는 커스텀 테스트 프레임워크 기능을 이용해 우리가 작성한 커널 안에서 테스트 함수들을 실행할 것입니다. 그 후 테스트 결과를 QEMU 밖으로 가져오기 위해 QEMU 및 bootimage 도구가 제공하는 여러 기능들을 사용할 것입니다.

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CPU 예외 (Exception)

CPU 예외 (exception)는 유효하지 않은 메모리 주소에 접근하거나 분모가 0인 나누기 연산을 하는 등 허용되지 않은 작업 실행 시 발생합니다. CPU 예외를 처리할 수 있으려면 예외 처리 함수 정보를 제공하는 인터럽트 서술자 테이블 (interrupt descriptor table; IDT) 을 설정해 두어야 합니다. 이 글에서는 커널이 breakpoint 예외를 처리한 후 정상 실행을 재개할 수 있도록 구현할 것입니다.

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더블 폴트 (Double Fault)

이번 글에서는 CPU가 예외 처리 함수를 호출하는 데에 실패할 때 발생하는 더블 폴트 (double fault) 예외에 대해 자세히 다룹니다. 더블 폴트 예외를 처리함으로써 시스템 재부팅을 발생시키는 치명적인 트리플 폴트 (triple fault) 예외를 피할 수 있습니다. 트리플 폴트가 발생할 수 있는 모든 경우에 대비하기 위해 Interrupt Stack Table 을 만들고 별도의 커널 스택에서 더블 폴트를 처리할 것입니다.

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하드웨어 인터럽트

이 글에서는 프로그래밍 할 수 있는 인터럽트 컨트롤러가 인터럽트들을 CPU로 정확히 전달하도록 설정할 것입니다. 새로운 인터럽트들을 처리하기 위해 인터럽트 서술자 테이블 (interrupt descriptor table)에 새로운 엔트리들을 추가할 것입니다 (이전에 예외 처리 함수를 등록했듯이). 또한 일정 주기마다 타이머 인터럽트를 일으키는 방법 및 키보드 입력 받는 방법도 알아볼 것입니다.

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Introduction to Paging

This post introduces paging, a very common memory management scheme that we will also use for our operating system. It explains why memory isolation is needed, how segmentation works, what virtual memory is, and how paging solves memory fragmentation issues. It also explores the layout of multilevel page tables on the x86_64 architecture.

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Paging Implementation

This post shows how to implement paging support in our kernel. It first explores different techniques to make the physical page table frames accessible to the kernel and discusses their respective advantages and drawbacks. It then implements an address translation function and a function to create a new mapping.

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Heap Allocation

This post adds support for heap allocation to our kernel. First, it gives an introduction to dynamic memory and shows how the borrow checker prevents common allocation errors. It then implements the basic allocation interface of Rust, creates a heap memory region, and sets up an allocator crate. At the end of this post, all the allocation and collection types of the built-in alloc crate will be available to our kernel.

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Allocator Designs

This post explains how to implement heap allocators from scratch. It presents and discusses different allocator designs, including bump allocation, linked list allocation, and fixed-size block allocation. For each of the three designs, we will create a basic implementation that can be used for our kernel.

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In this post, we explore cooperative multitasking and the async/await feature of Rust. We take a detailed look at how async/await works in Rust, including the design of the Future trait, the state machine transformation, and pinning. We then add basic support for async/await to our kernel by creating an asynchronous keyboard task and a basic executor.

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Status Updates

These posts give a regular overview of the most important changes to the blog and the tools and libraries behind the scenes.

First Edition

You are currently viewing the second edition of “Writing an OS in Rust”. The first edition is very different in many aspects, for example it builds upon the GRUB bootloader instead of using the `bootloader` crate. In case you're interested in it, it is still available. Note that the first edition is no longer updated and might contain outdated information. read the first edition »

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