ToaruOS

ToaruOS是一个适用于x86-64 PC的"完整"操作系统，并对ARMv8提供实验性支持。

虽然许多独立、业余和研究性操作系统都旨在尝试新设计，但ToaruOS的目的是作为一种教育资源，提供主要桌面操作系统功能的代表性缩影。

该操作系统包括内核、引导加载程序、动态共享对象链接器、C标准库、自己的合成窗口系统、动态字节码编译编程语言、高级代码编辑器以及数十个其他实用程序和示例应用程序。

没有外部运行时依赖，所有必需的源代码（主要是C语言，共计约10万行）都包含在此存储库中，除了单独存放的Kuroko。

ToaruOS的用户界面和一些应用程序演示。

历史

我已经开发ToaruOS超过十年了，这些年来我的目标也发生了变化。

2010年12月我首次启动这个项目时，我的目标是"边学边做"——通过从头开始制作一个类Unix系统来学习它。几年前我曾是Compiz的贡献者，Compiz是X11上最早广泛使用的合成窗口管理器之一，ToaruOS自然而然地很早就获得了基于类似概念构建的GUI。

在2015年发布1.0版本时，ToaruOS还不是后来成为的"完全从头开始"的操作系统。 Newlib提供了libc，GUI则建立在Cairo、libpng和Freetype之上。 2018年年中，我开始了一个新项目来替换这些第三方组件，最终完成并合并成为ToaruOS 1.6。

在整个项目过程中，ToaruOS也吸引了不少初学者OS开发者尝试将其作为参考。然而，ToaruOS的内核一直是我个人的尴尬之源，2021年4月，在长时间搁置后，我开始着手开发一个新的内核。结果就是Misaka：一个新的64位、支持SMP的内核。Misaka于5月合并，开启了通往ToaruOS 2.0的1.99系列beta版本。

特性

动态链接的用户空间，具有共享库和dlopen功能。
合成图形用户界面，采用软件加速，设计灵感来自2000年代后期。
虚拟机集成，在VirtualBox和VMware Workstation中支持绝对鼠标和自动显示大小调整。
类Unix终端界面，包括功能丰富的终端模拟器和多个熟悉的实用工具。
可选的第三方移植，包括GCC 10.3、Binutils、SDL1.2、Quake等。

主要组件

Misaka（内核），kernel/，一个混合模块化内核，是操作系统的核心。
Yutani（窗口合成器），apps/compositor.c，管理窗口缓冲区、布局和输入路由。
Bim（文本编辑器），apps/bim.c，一个受Vim启发的编辑器，带有语法高亮功能。
Terminal，apps/terminal.c，类xterm终端模拟器，支持24位色。
ld.so（动态链接器/加载器），linker/linker.c，加载动态链接的ELF二进制文件。
Esh（shell），apps/esh.c，支持管道、重定向、变量等。
Kuroko（解释器），kuroko/，一种动态字节码编译编程语言。

当前目标

以下项目目前正在进行中：

重写网络栈，以提高吞吐量、稳定性和服务器支持。
提高SMP性能，通过更好的调度和更智能的用户空间同步函数。
支持更多硬件，为AHCI、USB、virtio设备等开发新的驱动程序。
重新引入移植，从ToaruOS "Legacy"中引入如muPDF和Mesa等。
提高POSIX兼容性，特别是在信号、同步原语方面，同时提供更多常见实用程序。
继续改进C库，与Newlib相比仍然相当不完整，是重新引入旧移植时的主要问题来源。
替换第三方开发工具，使操作系统仅需添加C编译器就能实现自托管。
实现C编译器工具链，在toarucc中。

构建 / 安装

使用Docker构建

希望从源代码构建ToaruOS的普通用户建议在Github上fork仓库并使用Github CI流水线。

对于那些希望在配置适当的Linux主机上使用Docker进行本地构建的人，可以使用构建容器。ToaruOS仓库应该作为绑定挂载点挂载到/root/misaka，然后在这个容器内运行util/build-in-docker.sh来完成编译过程：

git clone https://github.com/klange/toaruos
cd toaruos
git submodule update --init kuroko
docker pull toaruos/build-tools:1.99.x
docker run -v `pwd`:/root/misaka -w /root/misaka -e LANG=C.UTF-8 -t toaruos/build-tools:1.99.x util/build-in-docker.sh

这样构建后，你可以运行各种实用目标（make run等）。尝试make shell以使用QEMU的串口运行ToaruOS shell。

构建过程内部细节

Makefile使用Kuroko工具auto-dep.krk为用户空间应用程序和库生成额外的Makefile，根据#include指令自动解析依赖关系。

以不确定的顺序构建C库、内核、用户空间库和应用程序，将它们组合成一个压缩归档文件用作ramdisk，然后打包成ISO9660文件系统镜像。

项目布局

apps - 用户空间应用程序，全部为第一方。
base - Ramdisk根文件系统暂存目录。包括base/usr/include中的C头文件，以及合成器和窗口装饰器的图形资源。
boot - 带有交互式菜单的BIOS和EFI加载程序。
build - 平台移植的辅助构建脚本。
kernel - Misaka内核。
kuroko - Kuroko解释器的子模块检出。
lib - 用户空间库。
libc - C标准库实现。
linker - 用户空间动态链接器/加载器，实现共享库支持。
modules - 内核的可加载驱动程序模块。
util - 实用脚本，工具链（binutils/gcc）的暂存目录。
.make - 生成的Makefile。

文件系统布局

根文件系统设置如下：

bin：第一方应用程序。
cdrom：CD的挂载点（如果可用）。
dev：由内核生成的虚拟设备目录。
- net：网络接口设备。
- pex：数据包交换中心，列出可访问的IPC服务。
- pts：PTY从设备，TTY的端点。
etc：配置文件、启动脚本。
home：用户目录。
lib：第一方库
- kuroko：Kuroko模块。
mod：可加载内核模块。
proc：展示内核状态的虚拟文件。
- 1等：包含各个进程状态信息的虚拟文件。
src：源文件，见上面的"项目布局"部分。
tmp：通常挂载为读写tmpfs。
usr：用户空间资源
- bin：第三方应用程序，通常在安装包之前为空。
- include：头文件，可能包括第三方包的头文件。
- lib：第三方库。默认应该有libgcc_s.so。
- share：各种资源。
  - bim：文本编辑器的语法高亮和主题。
  - cursor：鼠标光标精灵图。
  - fonts：TrueType字体文件。Live CD附带Deja Vu Sans。
  - games：游戏相关资源文件的集中地，如Doom wads。
  - help：帮助浏览器应用程序的文档文件。
  - icons：PNG图标，按大小分为不同目录。
  - ttk：窗口装饰器和小部件库的精灵表资源。
  - wallpapers：JPEG壁纸。
var：运行时文件，包括包管理器清单缓存、PID文件、一些锁文件等。

运行ToaruOS

VirtualBox和VMware Workstation

ToaruOS在这两个虚拟机中能提供最佳的终端用户体验，因为ToaruOS支持它们的自动显示大小调整和绝对鼠标定位功能。

为"其他"64位客户机设置新的虚拟机，至少提供1GiB RAM，附加CD镜像，移除或忽略任何硬盘，并选择Intel千兆网卡。还建议使用两个或更多CPU。

VirtualBox截图 ToaruOS在VirtualBox中运行。

VMware截图 ToaruOS在VMware Workstation Player中运行。

默认情况下，引导加载程序会向VirtualBox设备驱动程序传递一个标志以禁用"无缝"支持，因为该实现会带来性能开销。要启用无缝模式，请在引导前使用引导加载程序菜单勾选"VirtualBox无缝"选项。菜单中还有选项可以禁用自动客户机显示大小调整，以防你在使用此功能时遇到问题。

QEMU

ToaruOS的大部分开发都在QEMU中进行，因为它提供了最灵活的硬件选择和最佳的调试体验。在Ubuntu 20.04主机上推荐使用以下QEMU命令行：

qemu-system-x86_64 -enable-kvm -m 1G -device AC97 -cdrom image.iso -smp 2

在没有KVM的主机平台上，将-enable-kvm替换为-accel hvm或-accel haxm，或者删除它以尝试在QEMU的TCG软件模拟下运行。

请注意，QEMU命令行选项并不稳定，这些标志在较新版本中可能会产生警告。

选项-M q35将用较新的模拟替换PIIX芯片组模拟，这会将IDE控制器切换为SATA控制器。这可能会导致更快的启动时间，但代价是ToaruOS在运行时无法读取自己的CD，直到我完成AHCI驱动程序。

其他

ToaruOS已在真实硬件上成功测试。如果原生BIOS或EFI加载程序无法正常工作，请尝试使用Grub引导。ToaruOS符合"Multiboot"和"Multiboot 2"规范，因此可以使用multiboot或multiboot2命令加载，如下所示：

multiboot2 /path/to/misaka-kernel root=/dev/ram0 migrate vid=auto start=live-session
module2 /path/to/ramdisk.igz
set gfxpayload=keep

原生照片 ToaruOS 在 ThinkPad T410 上从 USB 存储器原生运行。

许可证

ToaruOS 的所有第一方部分均按照伊利诺伊大学/NCSA 许可证的条款提供，这是一种类 BSD 的宽松许可证。除非另有说明，这是本存储库中所有文件的原始和唯一许可证 - 仅仅因为某个文件没有版权声明并不意味着它不受此许可证约束。 ToaruOS 旨在作为一个教育参考，我鼓励使用我的代码，但请务必遵守许可证的要求。您可以根据 NCSA 许可证重新分发代码，也可以修改代码并以其他条款（如 GPL 或专有许可证）进行再许可，但您必须始终包含许可证中指定的版权声明，并向最终用户提供完整的许可证文本（它只有几段）。

虽然 ToaruOS 的大部分内容都是我自己完全编写的，但请务必在相关地方包括其他作者，例如 Mike 的音频子系统或 Dale 的字符串函数。

ToaruOS 的某些组件，如 Kuroko 或 bim，有不同但兼容的条款。

社区

镜像

ToaruOS 定期镜像到多个 Git 托管站点。

Gitlab: toaruos/toaruos
GitHub: klange/toaruos
Bitbucket: klange/toaruos
ToaruOS.org: klange/toaruos

IRC

Libera (irc.libera.chat) 上的 #toaruos 频道

常见问题

ToaruOS 是自托管的吗？

通过安装存储库中的 build-essential 元包（它将引入 gcc 和 binutils），可以构建单独的应用程序和库。源代码在 live CD 上的 /src 目录中，布局类似于本存储库，auto-dep.krk 实用脚本也可用。

对于构建 ramdisk、最终内核或 CD 镜像，某些组件目前不可用。特别是，ramdisk 的构建脚本仍然用 Python 编写，依赖于其 tarfile 模块和 zlib 支持。以前，使用合适的编译器工具链，ToaruOS 1.x 能够构建自己的内核、用户空间、库和引导加载程序，并通过一个 Python 脚本将这些转换为可工作的 ISO CD 镜像，该脚本执行类似于 Makefile 的功能。

由于缺乏适当的 POSIX shell 和 Make 实现，ToaruOS 目前无法构建其大部分移植软件。这些是项目的最终目标。

ToaruOS 是一个 Linux 发行版吗？

不，完全不是。ToaruOS 中没有任何来自 Linux 的代码，也没有使用 Linux 源代码作为参考材料。

ToaruOS 是一个完全独立的项目，本存储库中的所有代码 - 包括操作系统的整个代码库，包括其内核、引导加载程序、库和应用程序 - 都是原创的，由我自己和少数贡献者在十年的时间里编写的。完整的源代码历史，可以通过这个 git 存储库追溯到 ToaruOS 还只是一个裸机"hello world"的时候。