Cosmos (オペレーティング システム)

コスモス

Cosmos で作られた OS、AuraOS のスクリーンショット。GUI 作成の可能性を示しています。
開発者	コスモスプロジェクト
書かれた	C#、X#
作業状態	アクティブ
ソースモデル	オープンソース
最新リリース	リリース 20221121 / 2022年11月21日; 2年前 (2022-11-21)
リポジトリ	github.com/CosmosOS
利用可能	英語
プラットフォーム	86 の
カーネルタイプ	モノリシック
ライセンス	BSDA の
公式サイト	ゴコスモス

C#オープンソースマネージドオペレーティングシステム（Cosmos）は、GUIおよびコマンドラインベースのオペレーティングシステムを構築するためのツールキットであり、主にプログラミング言語C#と少量の高水準アセンブリ言語X#で書かれています。Cosmosは頭字語であり、^[1]意味の前に頭字語が選ばれました。BSDライセンスに基づいてリリースされたオープンソースソフトウェアです。

2022年現在^[update]、Cosmosには共通中間言語（CIL）をネイティブ命令に変換するIL2CPUという事前（AOT）コンパイラが含まれています。Cosmosは、IL2CPUを使用してユーザー作成のプログラムと関連ライブラリをコンパイルし、独立して実行できる起動可能なネイティブ実行可能ファイルを作成します。結果の出力は、 USBフラッシュドライブ、CD-ROM、ネットワーク経由のPreboot Execution Environment（PXE）経由、または仮想マシン内で起動できます。最近のリリースでは、ユニバーサルシリアルバス（USB ）経由で特定のx86組み込みデバイスに展開することもできます。開発者（ Cosmosのバックエンドとエンドユーザーの両方）が使用する主な言語はC#ですが、プラットフォーム呼び出しサービス（P/Invokes）を使用せずに純粋なCILにコンパイルされる限り、多くのCLI言語を使用できます。Cosmosは主に.NETでの使用を目的としています。

Cosmos は完全なオペレーティング システムになることを目指しているのではなく、他の開発者が .NET を使用して独自のオペレーティング システムを簡単に構築できるようにするツールキットを目指しています。また、抽象化レイヤーとしても機能し、ハードウェアの内部動作の多くを最終的な開発者から隠します。

Cosmos の古いバージョンはMilestonesでリリースされ、最後のバージョンは Milestone 5 (2010 年 8 月リリース) でした。最近では、プロジェクトは新しいリリースに最新のコミット番号の名前を付けるだけに切り替えました。

Cosmosのリリースは、 UserkitとDevkitの2種類に分かれています。Userkitはパッケージ化されたリリースで、新機能や改良機能が追加されるたびに不定期に更新されます。Userkitは一般的に安定していると考えられていますが、最近の変更は含まれておらず、機能が不足している場合があります。Cosmosのソースコードを指すDevkitは通常安定していますが、バグがある可能性があります。DevkitはGitHubで入手でき、手動でビルドする必要があります。^[1]ソース管理にはGitが使用されます。

Cosmosの作業のほとんどは、現在、デバッガ機能とMicrosoft Visual Studioとの統合の改善を目的としています。カーネルの作業は、ファイルシステム、メモリ管理の実装、信頼性の高いネットワークインターフェイスの開発に重点を置いています。Limineはプロジェクトのブートローダとして機能します。ツールキットの古いバージョンでは、代わりにGRUBが使用されていました。^[2]

Cosmos のアイデアは Chad Hower によって考案され、当初は Hower と Matthijs ter Woord によって共同開発されました。時が経つにつれ、Cosmos は他の多くの個人によって維持および改善されてきました。

Cosmos には、オペレーティング システムの開発エクスペリエンスを向上させる多くの機能があり、プロセスを可能な限り高速かつ簡単にするように設計されています。Cosmosを使用するのにアセンブリ言語の知識は必要ありません。

Cosmos の重要な特徴は、同種の他のオペレーティング システムと一線を画す、Microsoft Visual Studioとの緊密な統合です。コードの記述、コンパイル、デバッグ、実行はすべてVisual Studioで実行でき、キーを数回押すだけで済みます。Cosmos はVisual Studio 2015、Visual Studio 2017、Visual Studio 2019をサポートしなくなり、 Visual Studio 2022のみをサポートします。

Cosmos は、PXE 経由または仮想マシンで実行しているときに、 Visual Studioを介してシームレスにデバッグできます。ブレークポイント、トレース、ログなど、多くの標準的なデバッグ機能が存在します。また、物理ハードウェアで実行している場合は、シリアル ケーブル経由でデバッグを行うこともできます。VMWare で実行している場合、Cosmos は、オペレーティング システムの実行中でもステップ実行とブレークポイントをサポートします。

Cosmos は仮想化を使用して、開発者がコンピューターを頻繁に再起動せずにオペレーティング システムをテストできるようにすることで、開発をスピードアップします。デフォルトでは、プロジェクトとの統合の点で使いやすい VMware Player が使用されます。Bochs や Hyper-V などの他の仮想化環境もサポートされています。USBフラッシュドライブ、CD - ROM、または同様のメディア に書き込むことができるISO ディスク イメージを生成することもできます。

PXE ブートもサポートされているため、リモート マシンでネットワーク接続を介して Cosmos を実行できます。

.NET CIL をアセンブリ言語にコンパイルするために、Cosmos 開発者は、 CIL を解析してx86オペコードを出力するように設計された IL2CPU というAOT コンパイラを作成しました。 (IL To CPU) は、共通中間言語準拠言語 ( C# )を使用して記述されたAOT コンパイラです。共通中間言語をマシン コードに変換します。

X# は、 Cosmos オペレーティング システムの一部としてx86プロセッサ アーキテクチャ用に設計された低レベルのプログラミング言語です。アセンブリ言語にC のような言語構文を組み込むことで、オペレーティング システム開発を簡素化することを目的としています。当初、X# は Cosmos のデバッグ サービスに使用されていました。X# コンパイラは、コード行をトークンに解析し、パターンと比較し、一致したパターンをIntel 構文の x86 アセンブリ (通常は YASM アセンブラ用) に変換する、オープン ソースのコマンド ライン インターフェイス(コンソール) プログラムです。X# の初期バージョンは、アセンブリ コードとほぼ 1:1 で動作していましたが、現在はそうではありません。^{[説明が必要]}

X# の構文は単純ですが、Cに比べて厳密です。

X# は、 - で始まる C++ スタイルの 1 行コメントのみをサポートします//。

X# では、関数外で宣言された名前付き定数の定義が可能です。数値定数はC++と同様に定義されます。例:

定数i = 0   

. 他の場所で参照する場合は、#名前の前に が必要です。例: - "#i"。

• 文字列定数には一重引用符 ( '') を使用します。文字列定数に一重引用符を含めるには、バックスラッシュを使用します (例: 'I\'m so happy').X# 文字列はnull で終了します)。
• 16 進定数の前にはドル記号 ( $) が付き、その後に定数 ( $B8000) が続きます。
• 10 進定数には接頭辞は付きませんが、 で始まることはできません0。
• 2 進定数と 8 進定数はまだサポートされていません。

X# のラベルは、他のアセンブリ言語のラベルと同様に機能します。ニーモニックは、従来のニーモニックのgoto代わりにラベルにジャンプするために使用されます。 jumpjmp

コードラベル1 :
コードラベル2へ移動:     

X# プログラム ファイルは、名前空間ディレクティブで始まる必要があります。X# には名前空間階層がないため、ファイルの終わりまで、現在の名前空間は各ディレクティブごとに変わります。アセンブリ出力ではメンバーの名前の前に名前空間が付けられるため、異なる名前空間の変数または定数は同じ名前を持つことができます。名前空間は、低レベルの操作以外では相互参照できません。

namespace FIRST // すべての変数または定数名には、FIRST とアンダースコアが接頭辞として付きます。したがって、以下の変数の完全な名前は// FIRST_aVar です。var aVar 


 

namespace SECOND // 別の変数に aVar という名前を付けても問題ありません。その本当の名前は SECOND_aVar です。var aVar 

 

namespace FIRST // このコードは、ファイルが終了するまで FIRST 名前空間に戻ります。 

すべての X# 実行コードは、'function' キーワードで定義された関数内に配置する必要があります。C とは異なり、X# は関数のヘッダーでの正式なパラメータ宣言をサポートしていないため、関数名の後の従来の括弧は省略されます。行固定パターンはコード パーサーに実装された構文で指定されるため、他の多くの C スタイル言語とは異なり、開き中括弧を次の行に配置することはできません。

function xSharpFunction { // 関数コード}  
    

X# は低レベル言語であるため、スタック フレームは挿入されません。したがって、デフォルトでは、戻り EIP アドレスはスタックの一番上にあります。X# 関数呼び出しには、関数ヘッダーとは異なり、括弧で囲まれた引数が含まれます。関数に渡される引数は、レジスタ、アドレス、または定数です。これらの引数は、逆の順序でスタックにプッシュされます。x86 プラットフォームのスタックは、1 バイトのレジスタをプッシュまたはポップできないことに注意してください。

関数xSharpFunction { EAX = $10 anotherFunction ( EAX );戻り値}  
      
    
    


function anotherFunction { //関数コード}  
    

キーワードreturnは、スタックに保存されている戻り EIP アドレスに実行を戻します。

X# は、異なるポート上のレジスタ、スタック、メモリという 3 つの低レベル データ構造で動作します。レジスタは、X# のすべての通常操作の基盤です。レジスタは、またはロード/ストア命令を記述することで、別のレジスタにコピーできますDST = SRC。movレジスタは、同じように簡単に増分または減分できます。算術演算 (加算、減算、乗算、除算) は、 と記述されます。dest op srcここで、srcは定数、変数、またはレジスタであり、 はdestオペランドであり、結果が格納される場所でもあります。

代入と算術演算の例を以下に示します。

ESI = 12345 // 12345 を ESI に代入EDX = # constantForEDX // #ConstantForEDX を EDX に代入EAX = EBX // EBX を EAX に移動する => mov eax, ebx EAX -- // EAX をデクリメントする => dec eax EAX ++ // EAX をインクリメントする => inc eax EAX + 2 // eax に 2 を加算する => add eax, 2 EAX - $ 80 // eax から 0x80 を減算する => sub eax, 0x80 BX * CX // BX に CX を乗算する => mul cx -- 除算、乗算、およびモジュロではレジスタが保持されるCX / BX // CX を BX で割る => div bx CX mod BX // CX/BX の剰余を BX に代入する => div bx                
      
                  
                    
                    
                    
                  
                    
                    
                  

レジスタのシフトとロールは C と同様です。

DX << 10 // 10 ビット左にシフトCX >> 8 // 8 ビット右にシフトEAX <~ 6 // 6 ビット左に回転EAX ~> 4 // 4 ビット右に回転    
     
    
    

その他のビット演算は算術演算と同様です。

DL & $ 08 // DL と 0x08 のビット単位の AND を実行し、結果を DL に格納します。CX | 1 // CX の最下位ビットを 1 に設定します (奇数にします)。EAX = ~ ECX // ECX のビット単位の NOT を実行し、結果を EAX に格納します。EAX ^ EAX // EAX をそれ自体と XOR して消去します。       
         
     
      

X# でのスタック操作は、+および-プレフィックスを使用して実行されます。ここで、は+レジスタ、値、定数、またはすべてのレジスタをスタックにプッシュし、-値をいくつかのレジスタにポップします。特に明記されていない限り、すべての定数はダブルワードとしてスタックにプッシュされます (単一バイトのプッシュはサポートされていません)。

+ ESI // esi をプッシュ- EDI // edi にポップ+ All // すべてのレジスタを保存 => pushad - All // すべてのレジスタをロード => popad + $ 1 badboo2 // 0x1badboo2 をスタックにプッシュ+ $ cafe as word // \/ + $ babe as word // 0xcafebabe をプッシュ+ # VideoMemory // 定数 VideoMemory の値をプッシュ                   
                   
                   
                   
             
           
           
          

変数は、キーワードを使用して名前空間内で定義されますvar。配列は、タイプとサイズを指定して定義されます。変数と配列は、デフォルトでゼロに設定されます。変数の値を参照するにはドット ('.') を使用し、そのアドレスを参照するには を使用します@。

namespace XSharpVariables var zeroVar // 変数にはゼロが割り当てられますvar myVar1 = $ f000beef // 変数には 0xf000beef が割り当てられますvar someString = ' Hello XSharp ! ' // 変数には 'Hello XSharp!\0' が割り当てられます、var buffer byte [ 1024 ] // サイズが 1024 バイトの変数には 1024 個のゼロ バイトが割り当てられます... EAX = . myVar1 // myVar1 の値 (0xf000beef) を EAX に移動しますESI = @ . someString // someString のアドレスを ESI に移動しますCL = . someString // someString の最初の文字 ('H') を CL に移動します. zeroVar = EAX // zeroVar を EAX の値に割り当てます 
                       
              
     
              

                      
                 
                   
                     

X# は角括弧を使用して指定されたオフセットのアドレスにアクセスできます。

var someString = ' Hello XSharp ! ' // 変数は 'Hello XSharp!\0' に割り当てられます... ESI = @ . someString // someString のアドレスを ESI に読み込みますCL = 'B' // CL を 'B' に設定します (先頭の 'H' を書き換えます) CH = ESI [ 1 ] // 文字列の 2 番目の文字 ('E') を CH に移動しますESI [ 4 ] = $ 00 // 文字列を終了します// someString の値は 'Bell' (または 'Bell\0 XSharp!\0') になります     

         
                   
                
               

X# で値を比較する方法は、純粋比較と if 比較の 2 つがあります。

• 純粋な比較では、結果が FLAGS に残ります。これは、ネイティブ アセンブリで使用したり、if比較メンバーを指定せずにキーワードで使用したりできます。
• 比較では、キーワードの後の 2 つのメンバーを直接比較しますif。

以下に、(遅い) X# 文字列の長さ ( strlen) 関数を書く 2 つの方法を示します。

// 方法 1: 純粋な比較
関数を使用するstrlen { ESI = ESP [ 4 ] // 最初の引数として渡された文字列へのポインターを取得しますECX ^ ECX // ECX をクリアしますLoop : AL = ESI [ ECX ] // 次の文字を取得しますAL ?= 0 // 0 ですか? FLAGS に保存しますif = return // ZF が設定されている場合は、ECX ++を返します// それ以外の場合は ECX をインクリメントしますgoto Loop // ループ...  
       
          

      
            
        
            
         

//方法 2: if
関数strlenを使用する{ ESI = ESP [ 4 ] // 最初の引数として渡された文字列へのポインターを取得するECX ^ ECX // ECX をクリアするLoop : AL = ESI [ ECX ] if AL = 0 return // AL = 0? return ECX ++ goto Loop // loop.... }  
          
             

      
        
    
            

利用可能な比較演算子は 6 つあります:< > = <= >= !=これらの演算子は比較とループの両方で使用できます。ビットをテストするビット単位の AND演算子もあることに注意してください:

AL ?& $ 80 // AL MSB をテストif = return // ZF が 0 の場合、テスト命令の結果は 0 になり、MSB は設定されません。        
      

Cosmos で構築されたオペレーティング システムは、.NET C#コンソール プログラムと同様の方法で開発されます。プログラムの先頭に、Cosmos ライブラリへのアクセスを提供する追加の参照が作成されます。

Cosmos ユーザー キットは、 Microsoft Visual Studioを使用する開発者が Cosmos を使いやすくするために設計された Cosmos の一部です。ユーザー キットをインストールすると、 Visual Studioに Cosmos プロジェクトと呼ばれる新しいプロジェクト タイプが追加されます。これはコンソール アプリケーションの修正バージョンで、Cosmosコンパイラとブートアップ スタブ コードが既に追加されています。

コードが完成したら、Microsoft Visual Studioまたは .NET コマンドライン ツール (dotnet) を介して、.NETコンパイラー Roslyn を使用してコンパイルできます。

これにより、アプリケーションは元のソース コード ( C#またはその他)から、.NET のネイティブ中間言語である Common Intermediate Language (CIL) に変換されます。

次に、ビルド プロセスはIL2CPUコンパイラを呼び出します。このコンパイラは、アプリケーションの CIL コード (Cosmos コンパイラ コードを除く) をすべて体系的にスキャンし、選択したプロセッサ アーキテクチャのアセンブリ言語に変換します。2022 年現在、 x86^[update]アーキテクチャのみがサポートされています。次に、Cosmos は選択したアセンブラーを呼び出して、このアセンブリ言語コードをネイティブの中央処理装置(CPU)オペコードに変換します。最後に、仮想マシンの起動、 PXEエンジンの起動、ISOディスク イメージファイル の生成など、必要な出力オプションがアクティブ化されます。

Cosmos では、生成された OS を展開する方法と出力 をデバッグする方法についていくつかのオプションが提供されています。

Cosmos を使用すると、ユーザーは仮想マシンを使用してエミュレートされた環境でオペレーティング システムを起動できます。これにより、開発者は再起動せずに自分のコンピューターでシステムをテストできるため、追加のハードウェアが不要になり、開発者が統合開発環境(IDE)を終了する必要がなくなるという利点があります。VMware は主要な仮想化方法ですが、 QEMUや Hyper-Vなどの他の方法もサポートされています。

このオプションは、オペレーティング システムをディスク イメージ( ISO イメージ) ファイルに書き込みます。このファイルは、一部のエミュレーター ( Bochs、QEMU、またはより一般的にはVMwareなど)に読み込んだり、 USB フラッシュ ドライブに書き込んで物理ハードウェアで起動したりできます。

このオプションを使用すると、物理ハードウェア上でオペレーティング システムを起動できます。データは、ローカル エリア ネットワーク(LAN) 経由でクライアントマシンに送信されます。これには、クライアント マシン (OS を起動するマシン) として 1 台、サーバーとして 1 台 (通常は開発マシン) の 2 台のコンピューターが必要です。また、2 台のコンピューターを接続するネットワーク、ネットワーク カードを備えたクライアント マシン、および PXE で起動できる基本入出力システム ( BIOS ) も必要です。2022 年現在^[update]、ネットワーク経由のデバッグはサポートされなくなりました。

• IL2CPU
• 。ネット
• シャープOS
• シンギュラリティ（オペレーティング システム）
• ファントムOS

ウィキメディア・コモンズには、 Cosmos (オペレーティング システム)に関連するメディアがあります。

• 公式サイト
• GitHub上の CosmosOS
• CodeProject の Cosmos 概要記事
• Cosmos Dev Yahoo Group は 2011-01-08 にWayback Machineにアーカイブされています
• Facebookのコスモスファンページ

• ZDNet の Mary Jo Foley 氏 - Cosmos: オープンソースの .Net ベースのマイクロカーネル OS が誕生
• スコット・ハンセルマン: 小さなマネージド オペレーティング システム エディション