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2025-07-05 17:21:10 +09:00
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293
docs/MINIMAL_OS_DESIGN.md Normal file
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@ -0,0 +1,293 @@
# 最小限OS構成設計（Redox OSベース）
## Redox OS分析結果
### 1. **最小構成の特定**
#### コアコンポーネント（196MiB以下）
```toml
# config/minimal.toml から抽出
[packages]
base = {} # 基本システム（~20MB）
base-initfs = {} # 初期ファイルシステム（~5MB）
bootloader = {} # ブートローダー（~2MB）
drivers = {} # 最小ドライバー（~15MB）
kernel = {} # マイクロカーネル（~5MB）
relibc = {} # C標準ライブラリ（~10MB）
coreutils = {} # 基本コマンド（~8MB）
ion = {} # シェル（~3MB）
```
#### 初期化プロセス
```bash
# 00_base: 基本システム初期化
rm -r /tmp # 一時ディレクトリクリア
mkdir -m a=rwxt /tmp # 一時ディレクトリ作成
ipcd # IPCデーモン
ptyd # PTYデーモン
sudo --daemon # Sudoデーモン
# 00_drivers: ドライバー初期化
pcid-spawner /etc/pcid.d/ # PCIドライバー
```
### 2. **AIOS向け最小構成実装**
#### ディレクトリ構造
```
aios-minimal/
├── kernel/ # Redoxカーネルベース
│ ├── Cargo.toml
│ ├── src/
│ │ ├── main.rs # カーネルエントリーポイント
│ │ ├── memory/ # メモリ管理
│ │ ├── syscall/ # システムコール
│ │ └── scheme/ # スキームベースFS
├── bootloader/ # ブートローダー
├── userspace/ # ユーザーランド
│ ├── init/ # 初期化プロセス
│ ├── shell/ # Rustシェル
│ └── coreutils/ # 基本コマンド
└── config/
└── minimal.toml # 最小構成設定
```
#### カーネル最小化（kernel/Cargo.toml）
```toml
[package]
name = "aios-kernel"
version = "0.1.0"
edition = "2021"
[dependencies]
# 必要最小限の依存関係のみ
bitflags = "2"
spin = "0.9.8"
linked_list_allocator = "0.9.0"
redox_syscall = { git = "https://gitlab.redox-os.org/redox-os/syscall.git", default-features = false }
[features]
default = [
"serial_debug", # シリアルデバッグのみ
]
# 不要機能を削除
# acpi = [] # ACPI無効化
# multi_core = [] # シングルコアのみ
# graphical_debug = [] # グラフィカルデバッグ無効
```
#### 最小カーネル実装（kernel/src/main.rs）
```rust
//! AIOS Minimal Kernel
#![no_std]
#![no_main]
#![feature(allocator_api)]
use core::panic::PanicInfo;
mod memory;
mod syscall;
mod scheme;
/// カーネルエントリーポイント
#[no_mangle]
pub extern "C" fn kmain() -> ! {
// 基本初期化
memory::init();
scheme::init();
syscall::init();
// 最初のユーザープロセス起動
let init_pid = syscall::exec("/usr/bin/init", &[]).expect("Failed to start init");
// メインループ
loop {
syscall::sched_yield();
}
}
#[panic_handler]
fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! {
loop {}
}
```
#### シンプルな初期化プロセス（userspace/init/src/main.rs）
```rust
//! AIOS Init Process
use std::process::Command;
fn main() {
println!("AIOS Init Starting...");
// 基本デーモン起動
spawn_daemon("ptyd"); // PTY管理
spawn_daemon("sudo"); // 権限管理
// シェル起動
Command::new("/usr/bin/shell")
.spawn()
.expect("Failed to start shell");
// プロセス管理ループ
loop {
// ゾンビプロセス回収
std::thread::sleep(std::time::Duration::from_secs(1));
}
}
fn spawn_daemon(name: &str) {
Command::new(format!("/usr/bin/{}", name))
.spawn()
.unwrap_or_else(|_| panic!("Failed to start {}", name));
}
```
#### 軽量シェル実装（userspace/shell/src/main.rs）
```rust
//! AIOS Minimal Shell
use std::io::{self, Write};
use std::process::Command;
fn main() {
println!("AIOS Shell v0.1.0");
loop {
print!("aios> ");
io::stdout().flush().unwrap();
let mut input = String::new();
io::stdin().read_line(&mut input).unwrap();
let input = input.trim();
match input {
"exit" => break,
"help" => show_help(),
cmd if !cmd.is_empty() => execute_command(cmd),
_ => {}
}
}
}
fn execute_command(cmd: &str) {
let parts: Vec<&str> = cmd.split_whitespace().collect();
if parts.is_empty() { return; }
match Command::new(parts[0])
.args(&parts[1..])
.status()
{
Ok(status) => {
if !status.success() {
println!("Command failed with exit code: {:?}", status.code());
}
}
Err(e) => println!("Failed to execute command: {}", e),
}
}
fn show_help() {
println!("Available commands:");
println!(" ls - List files");
println!(" cat - Show file contents");
println!(" echo - Print text");
println!(" help - Show this help");
println!(" exit - Exit shell");
}
```
#### 構成ファイル（config/minimal.toml）
```toml
# AIOS Minimal Configuration
[general]
filesystem_size = 128 # 128MiB（Redoxの196MiBより小さく）
prompt = false
[packages]
aios-kernel = {}
aios-init = {}
aios-shell = {}
aios-coreutils = {}
# 最小ファイルシステム
[[files]]
path = "/usr/lib/init.d/00_base"
data = """
mkdir -p /tmp /var/log
aios-init
"""
[[files]]
path = "/etc/hostname"
data = "aios"
# ユーザー設定
[users.root]
password = "root"
uid = 0
gid = 0
shell = "/usr/bin/aios-shell"
```
### 3. **メモリ使用量最適化**
#### カーネル最適化
- **スタックサイズ**: 4KB（最小限）
- **ヒープサイズ**: 1MB（動的拡張）
- **バッファサイズ**: 512B（固定）
#### ユーザーランド最適化
```rust
// メモリ制限
const MAX_PROCESSES: usize = 16; // 最大プロセス数
const MAX_FILES: usize = 64; // 最大ファイル数
const STACK_SIZE: usize = 8192; // プロセススタック8KB
```
### 4. **ビルドシステム**
#### Makefile
```makefile
# AIOS Minimal Build System
TARGET = x86_64-unknown-none
ARCH = x86_64
CONFIG = minimal
.PHONY: all kernel userspace iso clean
all: iso
kernel:
cd kernel && cargo build --release --target $(TARGET)
userspace:
cd userspace && cargo build --release
iso: kernel userspace
mkdir -p build/iso
cp kernel/target/$(TARGET)/release/aios-kernel build/iso/
cp userspace/target/release/* build/iso/
grub-mkrescue -o aios-minimal.iso build/iso
clean:
cargo clean
rm -rf build/
```
### 5. **機能制限とトレードオフ**
#### 削除される機能
- マルチコア対応
- ACPI高度機能
- グラフィカルデバッグ
- 複雑なファイルシステム
- ネットワーク機能
#### 保持される機能
- 基本的なプロセス管理
- シンプルなファイルシステム
- 最低限のメモリ管理
- シリアル出力
- 基本的なシステムコール
この設計により、**128MB以下の極小OS**を実現できます。

286
docs/RUST_LINUX_IMPLEMENTATION.md Normal file
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@ -0,0 +1,286 @@
# Rust Linux OS実装戦略
## 1. アーキテクチャ選択
### Option A: Redox OSベースアプローチ
**優点:**
- 既にRustで書かれた完全なOS
- Unix-like POSIX互換
- マイクロカーネル設計
- パッケージ管理システム有り
**実装方法:**
```bash
# Redox OSをベースに拡張
git clone https://gitlab.redox-os.org/redox-os/redox
cd redox
# カスタムコンポーネント追加
```
### Option B: Linux From Scratch + Rustアプローチ
**優点:**
- 既存Linuxエコシステム活用
- systemd統合可能
- 豊富なパッケージ
**実装方法:**
```bash
# ALFS自動化ツール使用
git clone https://git.linuxfromscratch.org/jhalfs.git
# Rustコンポーネント統合
```
### Option C: Rust for Linuxアプローチ
**優点:**
- 既存Linuxカーネル利用
- Rustドライバー開発可能
- 段階的移行可能
## 2. パッケージビルドシステム設計
### Rustベースビルドツール実装
```rust
// src/package_builder.rs
use std::process::Command;
use std::fs;
use std::path::Path;
pub struct PackageBuilder {
pub name: String,
pub version: String,
pub source_url: String,
pub build_deps: Vec<String>,
}
impl PackageBuilder {
pub async fn download_source(&self) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
// HTTP/Git ダウンロード実装
let output = Command::new("wget")
.arg(&self.source_url)
.arg("-O")
.arg(format!("{}-{}.tar.gz", self.name, self.version))
.output()?;
if output.status.success() {
println!("Downloaded {}", self.name);
}
Ok(())
}
pub fn extract_source(&self) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
Command::new("tar")
.arg("xzf")
.arg(format!("{}-{}.tar.gz", self.name, self.version))
.output()?;
Ok(())
}
pub fn build(&self) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let build_dir = format!("{}-{}", self.name, self.version);
// configure
Command::new("./configure")
.current_dir(&build_dir)
.arg("--prefix=/usr")
.output()?;
// make
Command::new("make")
.current_dir(&build_dir)
.arg("-j")
.arg(num_cpus::get().to_string())
.output()?;
// make install
Command::new("make")
.current_dir(&build_dir)
.arg("install")
.output()?;
println!("Built and installed {}", self.name);
Ok(())
}
}
// パッケージ定義
pub fn create_zsh_package() -> PackageBuilder {
PackageBuilder {
name: "zsh".to_string(),
version: "5.9".to_string(),
source_url: "https://sourceforge.net/projects/zsh/files/zsh/5.9/zsh-5.9.tar.xz".to_string(),
build_deps: vec!["gcc".to_string(), "make".to_string(), "ncurses-dev".to_string()],
}
}
```
### 自動ビルドシステム
```rust
// src/auto_builder.rs
use tokio::process::Command;
use serde::{Deserialize, Serialize};
#[derive(Serialize, Deserialize)]
pub struct BuildRecipe {
pub name: String,
pub version: String,
pub source: SourceConfig,
pub dependencies: Vec<String>,
pub build_steps: Vec<String>,
pub install_steps: Vec<String>,
}
#[derive(Serialize, Deserialize)]
pub struct SourceConfig {
pub url: String,
pub hash: String,
pub extract_cmd: String,
}
pub struct AutoBuilder {
pub recipes_dir: String,
pub build_dir: String,
pub install_prefix: String,
}
impl AutoBuilder {
pub async fn build_package(&self, package_name: &str) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
// レシピ読み込み
let recipe_path = format!("{}/{}.yaml", self.recipes_dir, package_name);
let recipe_content = fs::read_to_string(recipe_path)?;
let recipe: BuildRecipe = serde_yaml::from_str(&recipe_content)?;
// 依存関係確認
for dep in &recipe.dependencies {
self.ensure_dependency(dep).await?;
}
// ソースダウンロード
self.download_source(&recipe).await?;
// ビルド実行
self.execute_build(&recipe).await?;
Ok(())
}
async fn download_source(&self, recipe: &BuildRecipe) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let output = Command::new("curl")
.arg("-L")
.arg(&recipe.source.url)
.arg("-o")
.arg(format!("{}.tar.gz", recipe.name))
.output()
.await?;
if !output.status.success() {
return Err("Download failed".into());
}
// ハッシュ検証
self.verify_hash(&recipe).await?;
Ok(())
}
async fn execute_build(&self, recipe: &BuildRecipe) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
for step in &recipe.build_steps {
let output = Command::new("sh")
.arg("-c")
.arg(step)
.output()
.await?;
if !output.status.success() {
return Err(format!("Build step failed: {}", step).into());
}
}
Ok(())
}
}
```
## 3. systemd統合戦略
### Rustサービス実装
```rust
// src/systemd_service.rs
use std::process::Command;
pub struct SystemdService {
pub name: String,
pub description: String,
pub exec_start: String,
pub wants: Vec<String>,
pub after: Vec<String>,
}
impl SystemdService {
pub fn create_unit_file(&self) -> String {
format!(
r#"[Unit]
Description={}
{}
{}
[Service]
Type=simple
ExecStart={}
Restart=always
[Install]
WantedBy=multi-user.target
"#,
self.description,
if self.wants.is_empty() { "".to_string() } else { format!("Wants={}", self.wants.join(" ")) },
if self.after.is_empty() { "".to_string() } else { format!("After={}", self.after.join(" ")) },
self.exec_start
)
}
pub fn install(&self) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let unit_content = self.create_unit_file();
let unit_path = format!("/etc/systemd/system/{}.service", self.name);
std::fs::write(unit_path, unit_content)?;
// systemd reload
Command::new("systemctl")
.arg("daemon-reload")
.output()?;
// enable service
Command::new("systemctl")
.arg("enable")
.arg(format!("{}.service", self.name))
.output()?;
Ok(())
}
}
```
## 4. 実装計画
### Phase 1: 基盤構築
1. Redox OSをベースにしたカスタムOS
2. 基本的なビルドシステム
3. パッケージ管理インフラ
### Phase 2: systemd統合
1. systemdサービス管理
2. D-Bus統合
3. ネットワーク管理
### Phase 3: 本格的なパッケージビルド
1. ソースダウンロード
2. 依存関係解決
3. 自動ビルド・インストール
### Phase 4: AI統合
1. LLM統合
2. 自動設定
3. インテリジェント管理
この戦略により、段階的に本格的なRust Linux OSを構築できます。