CC BY
42
134
Прикладная дискретная математика. Приложение
ЛИТЕРАТУРА
1. Агибалов Г. П., Липский В. Б., Панкратова И. А. О криптографическом расширении и его
реализации для Русского языка программирования // Прикладная дискретная математика. 2013. №3. С. 93-105.
2. Netwide Assembler. http://www.nasm.us/
3. TIS Committee. Tool Interface Standard (TIS) Executable and Linking Format (ELF)
Specification Version 1.2. 1995.
4. The GNU linker ld (GNU Binutils) version 2.25. https://sourceware.org/binutils/docs-2.
25/ld/index.html
УДК 004.451.9 DOI 10.17223/2226308X/8/52
РАЗРАБОТКА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ЯЗЫКЕ ЛЯПАС
Д. А. Стефанцов, П. А. Томских
Сообщается о результатах исследований по созданию ОС ЛЯПАС, предназначенной для разработки и запуска программ на ЛЯПАСе. Реализованы следующие функции её ядра: вывод сообщений на экран, инициализация контроллеров устройств, обработка прерываний, взаимодействие с таймером и клавиатурой, многозадачность. Многозадачность демонстрируется несколькими параллельно работающими процессами, которые можно приостанавливать и возобновлять нажатием определённой клавиши. Планируется реализация файловой подсистемы и подсистемы виртуальной памяти.
Ключевые слова: ЛЯПАС, операционная система.
ОС ЛЯПАС предназначена для разработки и запуска программ, написанных на языке ЛЯПАС [1]. Предполагается специализация данной ОС для выполнения требовательных к вычислительным ресурсам криптографических алгоритмов. Планируется работа ОС ЛЯПАС на процессорах архитектуры x86-64 с возможностью использовать аппаратные средства для ускорения работы алгоритмов, например выделить одно или несколько ядер процессора полностью под один процесс или использовать графические процессоры для параллельных вычислений. В настоящий момент ОС ЛЯПАС компилируется для 32-битных процессоров архитектуры x86.
В разработке этой ОС можно выделить следующие этапы:
1) Создание транслятора Т1 с ЛЯПАСа в язык ассемблера, работающего под управлением GNU/Linux. ЛЯПАС, с которого производится трансляция, обладает дополнительными возможностями по сравнению с ЛЯПАС-Т [1]: доступ к любой ячейке памяти с помощью специального комплекса, возможность использовать адреса процедур в качестве операндов [2].
2) Создание базовых компонент ОС ЛЯПАС — загрузчика и ядра — с помощью Т1. После компиляции в машинные коды и расположения этих компонент на диске ОС ЛЯПАС может выполнять некоторые действия, например вывод на экран данных о своей работе.
3) Определение формата исполняемого файла для ОС ЛЯПАС. Возможно, таким форматом станет ELF [3].
4) В ОС ЛЯПАС добавляется возможность запуска программ. Эти программы пишутся в GNU/Linux на языке ЛЯПАС и транслируются в машинный код, представленный в формате исполняемого файла ОС ЛЯПАС, с помощью транслятора Т2. Транслятор Т2 получается изменением Т1.
Математические основы информатики и программирования
135
5) Под управлением GNU/Linux пишется транслятор Т3, который транслирует программы на ЛЯПАСе в машинный код в формате исполняемого файла для ОС ЛЯПАС. Сам Т3 пишется на ЛЯПАСе и транслируется с помощью Т2. После этого шага становится возможным создание программ для ОС ЛЯПАС в самой ОС ЛЯПАС.
6) Исходный текст ОС ЛЯПАС и транслятор Т3 изменяются так, чтобы Т3 мог скомпилировать ОС ЛЯПАС. После этого шага ОС ЛЯПАС можно разрабатывать в самой ОС ЛЯПАС.
На данном этапе разрабатываются загрузчик и ядро ОС ЛЯПАС. В функции загрузчика входят только очистка экрана и загрузка ядра с диска.
Ядро разделено на два модуля. В первом модуле производится переход в защищенный режим и вызов второго модуля. В этом модуле определена также глобальная таблица дескрипторов (GDT) и выделяется память под таблицу дескрипторов прерываний (IDT) [4].
Основные функции ядра находятся во втором модуле. К таким функциям относятся: вывод строк на экран (функция print(F1/), комплекс F1 —выводимая строка); инициализация контроллеров (функция init_controllers(/)); обработка прерываний (функция timer_interrupt(/) обрабатывает прерывания от таймера, функция keyboard_interrupt(/) —от клавиатуры); заполнение IDT (функция construct_idt(/)); переключение процессов (при нажатии клавиши 1, 2 или 3 происходит остановка или возобновление соответствующего процесса, выполняется это функцией handle_scancode(/), которая вызывается функцией keyboard_inter-rupt(/)); многозадачность (функция timer_interrupt(/) вызывает планировщик — функцию scheduler(/), который переходит на выполнение следующего процесса). В этом же модуле находится код процессов, демонстрирующих многозадачность (функции proc_1(/), proc_2(/), proc_3(/) —бесконечный цикл с выводом названия соответствующей функции, и proc_0(/) —бесконечный цикл без действий). Подготовка к переходу к первому процессу осуществляется функцией kernel(/).
На данный момент ОС ЛЯПАС после загрузки переходит к демонстрации многозадачности — поочерёдному выполнению трёх процессов (функции proc_1(/), proc_2(/) и proc_3(/) ). Эти процессы можно приостанавливать и возобновлять нажатием клавишей 1, 2 или 3 соответственно. Если эти три процесса приостановлены, то выполняется процесс proc_0(/).
В ближайшее время планируется добавить некоторые системные вызовы, настроить страничную адресацию, реализовать работу с файлами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агибалов Г. П., Липский В. Б., Панкратова И. А. О криптографическом расширении и его реализации для Русского языка программирования // Прикладная дискретная математика. 2013. №3. С. 93-105.
2. Гречнев С.Ю., Стефанцов Д. А. Модификация ЛЯПАС для разработки ОС // Прикладная дискретная математика. Приложение. 2015. №8. С. 129-131
3. TIS Committee. Tool Interface Standard (TIS) Executable and Linking Format (ELF) Spécification Version 1.2. 1995.
4. Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer Manuals http://www.intel.com/ content/www/us/en/processors/architectures-software-developer-manuals.html
