บทเรียนการพัฒนาระบบปฏิบัติการที่ถูกทิ้งร้างได้จุดประกายการถกเถียงเกี่ยวกับวิธีที่ดีที่สุดในการเรียนรู้พื้นฐานของ OS อีกครั้ง บทเรียนที่สอนผู้อ่านวิธีการสร้าง OS ตั้งแต่เริ่มต้นโดยเริ่มจาก boot sectors มาพร้อมกับคำเตือนจากผู้สร้างเกี่ยวกับการตัดสินใจด้านการออกแบบที่ล้าสมัยและข้อผิดพลาดทางเทคนิค
ชุมชนแบ่งความเห็นเกี่ยวกับคุณค่าของบทเรียน
ชุมชนโปรแกรมเมอร์แสดงปฏิกิริยาที่หลากหลายต่อบทเรียน OS แบบเก่า นักพัฒนาบางคนชื่นชมแนวทางที่เรียบง่าย โดยเห็นคุณค่าในการทำความเข้าใจแนวคิดพื้นฐานแม้จะผ่านวิธีการที่เก่ากว่า ขณะที่คนอื่นๆ ไม่สนับสนุนอย่างยิ่งให้ทำตามบทเรียนเหล่านี้ โดยให้เหตุผลว่าจะนำไปสู่โปรเจกต์ที่ถูกทิ้งร้างและทำงานได้เฉพาะบน hardware emulation ที่เก่าหลายทศวรรษ
การวิพากษ์วิจารณ์หลักมุ่งเน้นไปที่บทเรียนเหล่านี้ที่สร้างระบบ hello world plus shell ที่ไม่เคยพัฒนาไปเกินความสามารถพื้นฐาน นักวิจารณ์ชี้ให้เห็นว่าการพัฒนา OS สมัยใหม่ต้องการความเข้าใจ hardware interfaces ร่วมสมัย ไม่ใช่แค่กระบวนการ boot ของ x86 แบบเก่า
ความท้าทายสำคัญในการพัฒนา OS สมัยใหม่:
- ความซับซ้อนของ x86 แบบเก่า: ต้องเข้าใจการเปลี่ยนผ่านโหมด 16-bit → 32-bit → 64-bit
- การพัฒนาไดรเวอร์: ไดรเวอร์ USB3+, SATA, PCI-E, GPU, WiFi มีความซับซ้อนมากกว่าเคอร์เนลเสียอีก
- เอกสารฮาร์ดแวร์: ต้องอ่านเอกสารข้อมูลจำเพาะและคู่มือการเขียนโปรแกรมจากผู้ผลิต
- เครื่องมือดีบัก: QEMU GDB server, OpenOCD, JTAG, SWD สำหรับการดีบักฮาร์ดแวร์
- การเลือกสถาปัตยกรรม: RISC-V เสนอการออกแบบที่สะอาดกว่าเมื่อเทียบกับความเข้ากันได้แบบเก่าของ x86
เส้นทางการเรียนรู้ทางเลือกใหม่เกิดขึ้น
สมาชิกชุมชนหลายคนเสนอแนวทางที่ทันสมัยกว่าสำหรับการศึกษา OS คอร์ส CS140E ของ Stanford เสนอประสบการณ์ hands-on ในการสร้างระบบปฏิบัติการ bare-metal สำหรับฮาร์ดแวร์ Raspberry Pi ซึ่งให้ประสบการณ์การพัฒนา ARM ในโลกจริง แนวทางนี้ใช้ฮาร์ดแวร์ปัจจุบันในขณะที่ยังคงสอนแนวคิดพื้นฐาน
ทรัพยากรที่แนะนำอื่นๆ ได้แก่ สื่อการศึกษาทางวิชาการที่ครอบคลุมเช่นตำราของ Tanenbaum ที่สำรวจโซลูชันหลักสำหรับปัญหา OS และ xv6 ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการเพื่อการศึกษาที่ได้ย้ายไปใช้สถาปัตยกรรม RISC-V ที่สะอาดกว่า
คำแนะนำของผมคือให้หา datasheets และ programmers' manuals (ซึ่งส่วนใหญ่ฟรี) และใช้สิ่งเหล่านั้นเพื่อหาวิธีในการนำแนวคิดของคุณเองไปใช้
แหล่งเรียนรู้ระบบปฏิบัติการสมัยใหม่ที่แนะนำ:
- Stanford CS140E : การพัฒนาระบบปฏิบัติการบนสถาปัตยกรรม ARM โดยใช้ Raspberry Pi Zero W
- xv6 : ระบบปฏิบัติการเพื่อการศึกษาที่ถูกย้ายไปยังสถาปัตยกรรม RISC-V
- OSDev Wiki : แหล่งข้อมูลการพัฒนาระบบปฏิบัติการที่ดูแลโดยชุมชน
- Little OS Book : คู่มือการพัฒนาระบบปฏิบัติการแบบทีละขั้นตอน
- ตำราเรียนระบบปฏิบัติการของ Tanenbaum : รากฐานทฤษฎีที่ครอบคลุม
ความท้าทายของฮาร์ดแวร์สมัยใหม่
อุปสรรคสำคัญในการพัฒนา OS อยู่ที่ความซับซ้อนของไดรเวอร์ ในขณะที่การสนับสนุน VGA และ serial port พื้นฐานยังคงเรียบง่าย ระบบสมัยใหม่ต้องการการสนับสนุน USB3+ , SATA , PCI-E , GPU drivers และ wireless networking ความพยายามที่ต้องใช้สำหรับไดรเวอร์เหล่านี้เกินกว่าการพัฒนาเคอร์เนลพื้นฐานมาก ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมโปรเจกต์ OS งานอดิเรกจำนวนมากจึงยังไม่สมบูรณ์
ระบบปฏิบัติการสมัยใหม่ที่ประสบความสำเร็จบางระบบแก้ไขความท้าทายนี้โดยการจัดหา compatibility layers สำหรับไดรเวอร์ Linux ที่มีอยู่ แม้ว่าแนวทางนี้จะบังคับข้อจำกัดการออกแบบบางอย่างต่อสถาปัตยกรรมเคอร์เนล
การถกเถียงนี้เน้นให้เห็นความตึงเครียดพื้นฐานในการศึกษาทางเทคนิค: ว่าจะเริ่มต้นด้วยตัวอย่างที่เรียบง่าย อาจล้าสมัยเพื่อความเข้าใจเชิงแนวคิด หรือกระโดดเข้าสู่ความซับซ้อนสมัยใหม่โดยตรงด้วยเครื่องมือที่เหมาะสมและข้อกำหนดฮาร์ดแวร์ปัจจุบัน
อ้างอิง: os-tutorial