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