Horizon 操作系统

面向 x86_64 的实验性操作系统，使用 C 与 Rust 共同实现。
项目仍处于开发阶段，接口和内部设计可能持续调整。

当前状态

Horizon 已从早期的 32 位内核逐步迁移为 x86_64 高半区内核，并正在将内存管理、线程与同步等核心子系统迁移到 Rust。当前已实现或正在迭代的主要模块包括：

• GRUB2 / Multiboot2 引导和 x86_64 高半区内核；
• Rust/C 混合构建、FFI 接口与自动模块配置工具；
• Buddy、SLUB、页表、kmalloc、vmalloc 和 DMA 等内存管理设施；
• 内核线程、调度器、WaitQueue、Completion 与抢占管理；
• 静态及动态 per-CPU 基础设施；
• PCI、ISA、ATA/IDE、UHCI、RTL8139、SB16、VESA、串口和 PS/2 等实验性驱动；
• FAT、对象树，以及实验性的 IPv4、ARP、ICMP、UDP、TCP 和 DHCP 支持。

这些功能仍以架构验证和持续重构为主，不代表完整、稳定或生产可用的操作系统实现。

Roadmap

• GRUB2 / Multiboot2

• Boot Abstraction / BootInfo

  • Kernel Core
  • Native UEFI Loader

• per-CPU

  • static
  • dynamic

• ACPI

  • Tables：RSDP / RSDT / XSDT / Table Manager
  • AML：DSDT / SSDT / Namespace / Interpreter
  • OS Services：OperationRegion / Mutex / Global Lock / EC
  • Device：Enumeration / Identification / Resources / PCI Routing
  • Events：SCI / Fixed Events / GPE / Notify
  • Power：System Sleep / Device Power / CPU Power / Thermal
  • Platform：MADT / FADT / HPET / MCFG / SRAT / SLIT / DMAR
  • Compatibility：QEMU / OVMF / Real Hardware

• 多核

  • APIC

  • x2APIC

  • SMP

  • IPI

  • TLB shootdown

• Scheduler framework

  • CFS-like
  • EEVDF

• PCIe

  • MSI-X
  • DMA

• VirtIO

  • VirtIO blk
  • VirtIO net

• NVMe

• USB

  • UHCI

  • OHCI

  • EHCI

  • XHCI

  • USB Core

• SCSI

• VFS

• cache

• ext2

  • ext 3 / 4

• Network subsystem v2

  • 新 TCP-IP 协议栈

路线图表示计划中的依赖顺序和演进方向，不承诺具体发布时间。Native UEFI Loader 与 Kernel Core 将在统一的 BootInfo 边界下并行演进。

构建环境

构建需要以下工具：

• C 编译器

  • GCC or
  • Clang/LLVM 和 LLD；

• NASM；

• GNU Make；

• Python 3；

• Rust (Rustup)；

• GRUB2 工具及对应的 i386-pc 模块；

• QEMU（运行时使用 qemu-system-x86_64）。

GRUB

首次构建前需要准备 GRUB：

• Linux：安装发行版提供的 GRUB2、i386-pc 模块及相关工具。安装脚本默认从 /usr/lib/grub 查找模块；

• macOS：通过 Homebrew 安装交叉编译版本：

  brew install i686-elf-grub

• Windows：下载并解压 GRUB 2.12 for Windows，运行安装脚本时按提示输入 GRUB 路径。

快速开始

克隆仓库并初始化子模块：

git clone --recursive https://github.com/Ryan1202/Horizon-Operating-System.git
cd Horizon-Operating-System

如果已经克隆过仓库：

git submodule update --init --recursive

首次使用时创建包含 GRUB 的虚拟硬盘，然后构建并运行：

make tool
make hd
make run

make 会通过 configurator 扫描各目录的 config.toml，生成内核构建目录、Cargo 配置。内核输出为 src/build/kernel.elf，并会被复制到 hd0.img。

常用命令

命令	说明
make	构建内核与用户态库
make tool	构建 imagetool 和 configurator
make hd	创建包含 GRUB 的虚拟硬盘
make writehd	将 disk/ 内容复制到虚拟硬盘
make run	构建并在 QEMU 中运行
make run_dbg	启动 QEMU 并等待 GDB 连接（端口 1234）
make lib	构建用户态库
make app	构建用户态应用
make clean	清理常规构建产物
make clean_all	清理全部构建产物及工具

QEMU 网络默认将宿主机 TCP 5555 端口转发到虚拟机 80 端口，并将数据包记录到 dump.pcap。不同宿主平台的音频配置位于 qemu-linux.cfg、qemu-macos.cfg 和 qemu-windows.cfg。

文档

• 内存管理文档
• 内存管理设计笔记
• 线程与调度器设计
• DMA 设计
• Bitmap 与 侵入式链表
• 驱动框架
• Multiboot2 与 x86_64 迁移记录

近期演进

自 README 上次更新（2025-09-06，0ad3a86）以来，master 已累计 86 个提交，主要变化包括：

• 2025-09：扩展 IPv4/TCP/IP 支持，加入 USB、UHCI、HID 和串口相关能力，并持续整理驱动模型；
• 2025-10：重构驱动框架和构建系统，引入 configurator 生成统一的 C/Rust 构建配置；
• 2026-03 至 2026-04：重写内存管理体系，迁移到 x86_64，并完善页表、锁和资源生命周期；
• 2026-06 至 2026-07：重构 DMA、线程、上下文切换、调度、WaitQueue 和 Completion；
• 2026-08：加入静态/动态 per-CPU 基础设施，并改进 Bitmap、侵入式链表和红黑树。

License

本项目采用 MIT License。