ゼロからの OS 自作入門(ゼロカラノオーエスジサクニュウモン)

[OS を手づくりするワクワクを体験!]
"知識ゼロ"からはじめて、本書オリジナル OS 「 MikanOS 」を手づくりする本です。

パソコンの電源を入れ OS 本体を呼び出すところから様々なアプリを動かせるようになるまで、 OS づくりを一通り体験します。読み進めるにつれ、いままでブラックボックスだと思っていたパソコンの中身「 OS 」の仕組みが分かってくることでしょう。

MikanOS は UEFI BIOS により起動して Intel 64 モードで動作、ページングを用いてメモリ管理を行い、 USB3.0 ドライバを搭載。ウィンドウシステム、プリエンプティブマルチタスク、ファイルシステムを持つ OS です。これらの専門用語の意味も OS を作りながら解説します。 MikanOS は C++ で記述します。数百行程度のプログラミング経験があれば無理なく読み進められるはずです。

本書は『 30 日でできる!OS 自作入門』の流れを汲み「小さく作ってすぐ動かす」ステップバイステップ方式をとっていますので、無理なくマスター可能です!エンジニアなら誰もが一度は夢見る「 OS づくり」を本書で学ぼう。

第 0 章 OS って個人で作れるの?
第 1 章 PC の仕組みとハローワールド
第 2 章 EDK II 入門とメモリマップ
第 3 章 画面表示の練習とブートローダ
第 4 章 ピクセル描画と make 入門
第 5 章 文字表示とコンソールクラス
第 6 章 マウス入力と PCI
第 7 章 割り込みと FIFO
第 8 章 メモリ管理
第 9 章 重ね合わせ処理
第 10 章 ウィンドウ
第 11 章 タイマと ACPI
第 12 章 キー入力
第 13 章 マルチタスク (1)
第 14 章 マルチタスク (2)
第 15 章 ターミナル
第 16 章 コマンド
第 17 章 ファイルシステム
第 18 章 アプリケーション
第 19 章 ページング
第 20 章 システムコール
第 21 章 アプリからウィンドウ
第 22 章 グラフィックとイベント (1)
第 23 章 グラフィックとイベント (2)
第 24 章 複数のターミナル
第 25 章 アプリでファイル読み込み
第 26 章 アプリでファイル書き込み
第 27 章 アプリのメモリ管理
第 28 章 日本語表示とリダイレクト
第 29 章 アプリ間通信
第 30 章 おまけアプリ
第 31 章 これからの道

付録:開発環境のインストール / MikanOS の入手 / EDK II のファイル説明 / C++のテンプレート / iPXE / ASCII コード表

コンピュータの仕組みを根底から理解したい人にとって、 OS を自分で書くほど効果的な学習法はありません。本書は UEFI ブートローダの作成から始まり、メモリ管理、割り込み、マルチタスク、ファイルシステム、 GUI と段階的に OS を組み上げていく構成です。使用言語は C++ で、 QEMU 上で動く小さな OS (通称 MikanOS) を最終的に完成させます。読者コミュニティでは「みかん本」の愛称で呼ばれ、 GitHub 上に多くの実装記録が残されています。

低レイヤに触れた経験がない人には難度が高く映りますが、本書は一章ごとに動作確認できるマイルストーンが用意されており、画面に文字が出る、マウスが動くといった小さな成功体験を積み重ねながら進められます。 C++ の基本文法とコマンドラインの操作に慣れていれば着手でき、 CPU やメモリの仕組みは本文の中で解説されます。

2021 年刊行ながら、扱う内容は UEFI 環境での自作 OS という普遍的なテーマであり、低レイヤの学び直しに長く使える一冊です。先行書『 30 日でできる! OS 自作入門』 (川合秀実) がレガシー BIOS を前提とするのに対し、本書は UEFI + 64 ビット環境で書かれている点が大きな違いです。普段アプリケーション層で仕事をしているエンジニアが「ハードウェアとソフトウェアの境界」を体験的に掴むための導線として、独学にも研究室の自習課題にも適しています。