frostbyte

frostbyte es un kernel x86_64 amateur, escrito en C y ensamblador. El objetivo no era escribir un "sistema operativo" en el sentido cotidiano, sino recorrer todo el camino que suele estar oculto: desde el momento en que el firmware cede el control hasta la ejecución de un programa propio en modo usuario, aislado del kernel.

Es uno de los tipos de proyecto más implacables que uno puede plantearse. Aquí no hay bibliotecas que resuelvan nada por ti, ni una capa que atrape un error. Hay una CPU desnuda, el manual de la arquitectura y tú. Precisamente por eso es una escuela tan buena.

En un programa corriente un error es local: salta una excepción, obtienes una traza de pila, corriges una línea. En un kernel no existe ninguna de esas comodidades. Un bit equivocado en una tabla de páginas y la máquina simplemente se reinicia - sin mensaje, sin registro, sin nada. La depuración se convierte en leer registros y adivinar cuál de tus últimos tres movimientos fue el fatal.

Esa dureza obliga a otra forma de trabajar. Cada paso hay que cerrarlo por separado y comprobarlo de forma aislada antes de añadir el siguiente, porque de lo contrario no se puede distinguir cuál de diez cambios tumbó toda la máquina. La disciplina aquí no es una virtud, sino la condición para avanzar siquiera.

Todo el camino es una secuencia de transiciones entre niveles de control cada vez más altos. El firmware carga el kernel mediante Multiboot2 y entrega un mapa de memoria. Luego hay que activar el modo de 64 bits, lo que exige antes una paginación inicial. Después el kernel asume la memoria virtual sobre sus propias tablas de páginas, arranca un planificador que conmuta tareas por interrupción del reloj, y solo al final salta al ring 3.

Como un error no deja rastro, necesitábamos una forma de que el kernel pudiera decir algo antes de tener un controlador de pantalla. La respuesta es QEMU con salida por el puerto serie: el kernel escribe los registros como texto en el serie, y eso va directo a la terminal. Así ves la última línea antes del reinicio en lugar de una pantalla negra.

Lo que sale es un kernel que arranca realmente en QEMU y llega a ejecutar un programa propio en ring 3 - no se detiene en imprimir "hello", sino que recorre todo el camino hasta el modo usuario. Es un proyecto construido para entender el ordenador hasta el fondo, llevado al punto en que esa comprensión queda demostrada por la ejecución, no declarada.