本系列博客系转载，出处： 知乎专栏：从零开始写 OS
所有代码都在：https://github.com/LearningOS/rcore_step_by_step
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概要
由于我们的目标是编写一个操作系统，所以首先我们需要创建一个独立于操作系统的可执行程序，又称 独立式可执行程序freestanding executable 或 裸机程序bare-metal executable。这意味着所有依赖于操作系统的库我们都不能使用。比如 std 中的大部分内容io, thread, file system, etc.都需要操作系统的支持，所以这部分内容我们不能使用。
但是，不依赖与操作系统的 rust 的语言特性 我们还是可以继续使用的，比如：迭代器、模式匹配、字符串格式化、所有权系统等。这使得 rust 依旧可以作为一个功能强大的高级语言，帮助我们编写操作系统。
本小节我们将介绍：
1. 安装 rust（nightly 版本） 。
2. 创建可执行的 rust 项目。
3. 将创建的 rust 项目修改为freestanding rust binary，这包括禁用std库并解决由此产生的一系列问题。
安装 nightly rust
rust 包含stable、beta、nightly三个版本，分别对应稳定、试验和预览版本。默认情况下我们安装的是stable 。由于在编写操作系统时需要使用 rust 的一些不稳定的实验功能，所以请根据 rust 官方教程安rust nightly版本 。
安装成功后使用 rustc –version 可以查看当前 rust 的版本，版本号的最后应该为-nightly。
如果未能成功切换 rust 版本，请查看 how to switch rust toolchain
创建 rust binary 项目
首先利用 cargo 创建一个新的 rust binary 项目：
cargo new xy_os –bin –edition 2018
xy_os 是项目的名称，–bin 表示我需要创建一个 binary 项目，–edition 2018 指定使用 2018 版本的 rust 。
添加 no_std 属性
因为我们的目标是编写一个操作系统，所以我们不能使用任何依赖于操作系统的库。项目默认是链接标准库的，我们需要显示的将其禁用：
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3#![no_std]
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5fn main() {
6 println!("Hello, world!");
7}
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如果此时执行 cargo build 构建项目，会产生以下两个错误：
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2 --> src/main.rs:6:5
3 |
46 | println!("Hello, world!");
5 | ^^^^^^^
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7error: `#[panic_handler]` function required, but not found
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现在我们来依次解决这两个问题。
error: cannot find macro 'println!' in this scope
println 宏属于标准库，所以禁用标准库后自然不能再使用 println函数 。由于我们当前目标只是写一个可执行的文件，所以将其删除即可：
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3#![no_std]
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5fn main() {}
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error: '#[panic_handler]' function required, but not found
在程序发生 panic 时需要调用相应函数。标准库有对应函数，但是由于我们使用了no_std 属性，所以接下来我们需要自己实现一个函数：
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3use core::panic::PanicInfo;
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5// This function is called on panic.
6#[panic_handler]
7fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! {
8 loop {}
9}
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由于程序 panic 后就应该结束，所以用-> ! 表示该函数不会返回。由于目前的 OS 功能还很弱小，所以只能无限循环。
解决了上述两个 error 后，再次执行 cargo build ，结果出现了新的 error：
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error: language item required, but not found: 'eh_personality'
eh_personality语义项(language item)用于标记函数：该函数在 堆栈展开(stack unwinding) 时被调用。当程序发生 panic 时，rust 会调用 堆栈展开 析构堆栈中的所有生存变量，达到释放内存的目的。但是这是一个复杂的过程，而且依赖于一些其他的库文件。所以我们只是简单的将其禁用：
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3[profile.dev]
4panic = "abort"
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6[profile.release]
7panic = "abort"
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将 dev (use for cargo build) 和 release (use for cargo build –release) 的 panic 的处理策略设为abort ，这样我们便不再依赖 eh_personality 语义项。
再次运行 cargo build ，不出所料，又出现了新的 error ：
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error: requires 'start' lang_item
对于大多数语言，他们都使用了 运行时系统runtime system ，这导致 main 并不是他们执行的第一个函数。以 rust 语言为例：一个典型的 rust 程序会先链接标准库，然后运行 C runtime library 中的 crt0(C runtime zero) 设置 C 程序运行所需要的环境(比如：创建堆栈，设置寄存器参数等)。然后 C runtime 会调用 rust runtime 的 入口点(entry point) 。rust runtime 结束之后才会调用 main 。由于我们的程序无法访问 rust runtime 和 crt0 ，所以需要重写覆盖 crt0 入口点：
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2#![no_std] // don't link the Rust standard library
3#![no_main] // disable all Rust-level entry points
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5use core::panic::PanicInfo;
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7// This function is called on panic.
8#[panic_handler]
9fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! {
10 loop {}
11}
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13#[no_mangle] // don't mangle the name of this function
14pub extern "C" fn _start() -> ! {
15 // this function is the entry point, since the linker looks for a function
16 // named `_start` by default
17 loop {}
18}
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适用于 Linux ，在其他系统请 点击这里 。暂时无法编译也没关系，因为下一小节会重写 _start 函数。
这里 pub extern "C" fn main 就是我们需要的start 。 #[no_mangle]属性用于防止改名称被混淆。由于 start 只能由操作系统或引导加载程序直接调用，不会被其他函数调用，所以不能够返回。如果需要离开该函数，应该使用 exit 系统调用。但是由于我们的操作系统还没有实现 exit 系统调用，所以暂时使用无限循环防止函数返回。由于 start 函数无法返回或退出，自然也就不会调用 main 。所以将 main 函数删除，并且增加属性标签 #![no_main] 。
再次执行 cargo build ，很不幸，又出现了 error：
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但幸运的是，这是我们本章所需要处理的最后一个 error!
linking with 'cc' failed: exit code: 1
在链接 C runtime 时，会需要一些 C 标准库(libc)的内容。由于 #![no_std] 禁用了标准库，所以我们需要禁用常规的 C 启动例程：
cargo rustc – -C link-arg=-nostartfiles
Compiling xy_os v0.1.0 (/mnt/xy_os)
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.21s
适用于 Linux ，在其他系统请 点击这里
历经千辛万苦，我们终于成功构建了一个 Freestanding Rust Binary ！！！
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预告
下一章，我们将在 Freestanding Rust Binary 的基础上，创建 最小内核 ，将其和 bootloader 链接成为可以被 qemu 加载的 bootimage 。并且将能够在屏幕上打印Hello World!
