從零開始寫 OS 內核 （序篇）

這是一個很早就想要作的系列，從零開始寫一個小的操做系統，算是致敬之前學校裏作的 OS 項目，也是但願能幫助到對這一塊感興趣的同窗。

操做系統是計算機專業的核心學科，但我想即便是不少大學的 CS 本科操做系統專業課，也未必會設置這樣規模和難度的項目。我是在 CMU 讀研時修了它們的本科課程 15-410，這是課程的最大一個項目做業。對於不少計算機專業的同窗，以及非科班轉計算機的同窗，嘗試去作，哪怕是讀懂這樣一個項目，我想都是大有益處的。

項目預期

網上也有不少相似的很好的系列教程，我也但願個人這個系列可以稍微帶來些不同的地方，你能夠大概地有個心理預期：

• 這不是一個手把手教學的系列，有些動手的地方須要你本身實踐解決，固然我會給出個人 Git 項目地址供你參考；
• 我不會過多地貼代碼逐行解釋，也不會過多地解釋一些課本或者手冊上的專業知識（我認爲你應該知道，或者有能力自學/查）；
• 這是一個偏實踐+原理闡釋的系列文章，我會盡量多地用圖片，而不是文字；

知識準備

爲了讀懂這個系列，你須要有足夠的專業知識準備，總的來講就是大學操做系統專業課的全部理論知識，不要求精通，但最起碼能瞭解，須要用到的時候知道怎麼去查。這裏推薦《深刻理解計算機系統》這本書，若是你的水平已經覆蓋了這本書，那麼能夠繼續了。

再具體一些，但願你的理論和實踐能力能夠覆蓋如下這些：

• 紮實的 C 語言能力；
• 還夠用的 x86 彙編能力（能夠在項目中提升）；
• 熟練使用 Linux 系統，以及 Linux 下的系統編程經驗；
• gcc，Makefile 等工具的使用；
• 對編譯，連接，執行代碼的原理有足夠的認識；
• 硬件以及 OS 對內存的管理原理，尤爲是虛擬內存；
• 程序在操做系統中的加載，執行過程，內存的使用和分佈；
• 中斷的概念和處理；
• 進程，線程的概念原理；
• 多線程編程，同步與鎖的概念；

是否是看上去有點多......這的確是對你的基本要求，但仍是那句話，不要求熟練精通，只須要能」瞭解「，你能夠只有一個模糊的理論概念，薄弱的實踐基礎，能夠在項目中提升這些能力，這其實也是這個項目的終極目的所在。

推薦書目和教程

僅僅看我這個系列可能未必足夠，也不必定對每一個人適合，因此我推薦一些我看過的書和教程：

JamesM's kernel development tutorials

這個系列是很是推薦的，做者的重點把握明確，組織結構和代碼很是清晰。但這個系列項目規模偏小，沒有 boot loader 和內核成形後的線程，進程以及系統調用方面的內容，總體比較偏 Demo 和教學性質，很適合初學。

操做系統真相還原

這也是很推薦的一本書，與上面的系列相反，這本書從頭至尾完整地實現了一個功能比較完善的內核，規模比較大，並且做者的講解很細緻，不厭其煩，甚至我都以爲有些囉嗦，比較適合在實際項目開發中做爲參考和理論手冊查詢，而不適合從頭至尾通讀。

個人這個系列項目其實參考並綜合了以上二者，取了折中，把規模和難度控制在了我認爲比較合理的程度。

項目目錄

在開始系列以前，咱們首先列一下項目的目錄清單，後面把這些坑一個個填上。

• 從 BIOS 開始啓動到實模式
• 進入保護模式
• 加載並進入內核
• 顯示打印
• GDT 和 IDT，中斷處理
• 打開虛擬內存
• 實現堆和 malloc
• 建立第一個內核線程
• 多線程運行與切換
• 進入用戶態
• 進程的實現，加載可執行程序
• 系統調用的實現