从零自制操作系统

在本书中，你将尝试从零自制操作系统。你会体验到制作操作系统的整个过程，从打开计算机、调用操作系统本身到能够运行各种应用。你会了解到计算机的内部结构，以及操作系统的工作原理 ；在此 之前，它们对于你来说可能一直都是黑箱。 本书内容包括 ：个人可以制作操作系统吗、计算机工作原理和 Hello World 、EDK II 和内存映射、 屏幕显示实践和引导加载器、像素绘图和 make 入门、文本显示和控制台类、鼠标输入和 PCI 、中断和 FIFO、内存管理、叠加过程、窗口、定时器和 ACPI、键盘输入、多任务处理、终端、命令、文件系 统、应用、分页、系统调用、窗口应用、图形和事件、多终端、使用应用加载文件、从应用写入文件、 应用的内存管理、日文显示和重定向、应用间通信、额外应用、前方的路，以及配置开发环境、获取 MikanOS 、EDK II 文件说明、C 中的模板、iPXE 、ASCII 码表。 本书的目标读者是写过简单程序的人。如果你编写过几百行代码，有相关编程经验，那么应该可以 毫无顾虑地通读本书。但如果你从未编写过程序，那么阅读本书将会很吃力。

内田公太，日本东京资深软件工程师。他毕业于东京工业大学，取得工程学士和硕士学位。就职于cybozu公司期间，专注于将Walb部署到生产环境。在学术领域，他多次出席软件工程基础会议，分享过大量研究成果，并在 2015 年出版了关于英特尔X86 架构的书籍及相关模拟器。此外，他还积极举办面向业余操作系统开发者的研讨会，投身于推动技术交流。

马起园（Clerk Ma）是知乎认证的计算机科学领域优秀答主，同时也是一位字体设计师。他专注于TeX 技术、字体设计等领域，曾参与 LuaTeX 、 XeTeX 等开源项目，主导开发了 TeXLive for Android 系统，并推动其在 TUG 会议上的展示；对Linux系统及开源软件有深厚研究，曾尝试多种编程语言（如Pascal、C++、Python等），最终选择C语言作为主要开发工具；主导设计了Fandol系列字体 ，并推动其在TeX系统中的应用。

罗浩源，程序员，久居日本，从事iOS和Android开发，曾精研电子书制作。

苏杰，助理研究员，认知神经科学专业，毕业于北京师范大学心理学部，长期从事人脑智能研究与类脑人工智能研究。

br/>第0章 个人可以制作操作系统吗 1

0.1 如何制作操作系统 2

0.2 到底什么是操作系统 3

0.3 自制操作系统的步骤 6

0.4 享受自制操作系统的乐趣 7

0.5 自制操作系统的全貌 8

第1章 计算机工作原理和HelloWorld 15

1.1 Hello World 16

1.2 如何查找U盘的设备名称 20

1.3 如何使用WSL 20

1.4 使用模拟器 22

1.5 最终做了些什么 23

1.6 还是让我们动手吧 27

1.7 使用UEFI BIOS启动 28

1.8 制作操作系统的工具 29

1.9 C语言版的Hello World程序 30

第2章 EDK II和内存映射 33

2.1 EDK II简介 34

2.2 EDK II的Hello World程序（osbook_day02a） 35

2.3 主存储器 38

2.4 内存映射 39

2.5 获取内存映射（osbook_day02b） 41

2.6 将内存映射保存到文件中 43

2.7 检查内存映射 46

2.8 指针简介（1）：地址和指针 47

2.9 指针和箭头运算符 48

第3章 屏幕显示实践和引导加载器 53

3.1 QEMU监视器 54

3.2 寄存器 56

3.3 第一个内核（osbook_day03a） 58

3.4 从引导加载器绘制像素（osbook_day03b） 66

3.5 从内核绘制像素（osbook_day03c） 68

3.6 错误处理（osbook_day03d） 70

3.7 指针简介（2）：指针与汇编语言 73

第4章 像素绘图和make入门 77

4.1 make简介（osbook_day04a） 78

4.2 自由绘制像素（osbook_day04b） 81

4.3 利用C++语言特性重写程序（osbook_day04c） 86

4.4 vtable 91

4.5 改进加载器（osbook_day04d） 93

第5章 文本显示和控制台类 99

5.1 尝试写入字符（osbook_day05a） 100

5.2 拆分编译（osbook_day05b） 103

5.3 增加字体（osbook_day05c） 106

5.4 字符串绘制和sprintf（）（osbook_day05d） 108

5.5 控制台类（osbook_day05e） 110

5.6 printk（）（osbook_day05f） 114

第6章 鼠标输入和PCI 117

6.1 鼠标光标（osbook_day06a） 118

6.2 USB Host驱动程序 121

6.3 搜索PCI设备（osbook_day06b） 123

6.4 带轮询的鼠标输入（osbook_day06c） 132

第7章 中断和FIFO 141

7.1 中断（osbook_day07a） 142

7.2 中断处理程序 143

7.3 中断向量 144

7.4 设置中断描述符 147

7.5 MSI机制 149

7.6 中断总结 150

7.7 加速中断处理程序（osbook_day07b） 151

7.8 FIFO和FILO 152

7.9 实现队列 153

7.10 使用队列加速中断 157

第8章 内存管理 161

8.1 内存管理概述 162

8.2 UEFI内存映射（osbook_day08a） 162

8.3 移动数据结构（osbook_day08b） 165

8.4 移动栈区域 166

8.5 设置分段 167

8.6 设置分页 174

8.7 内存管理挑战（osbook_day08c） 177

第9章 叠加过程 185

9.1 叠加过程概述（osbook_day09a） 186

9.2 new运算符 186

9.3 叠加过程的原理 189

9.4 叠加过程的时间测量（osbook_day09b） 205

9.5 加速叠加过程（osbook_day09c） 209

9.6 测量滚动过程时间（osbook_day09d） 219

9.7 更快的滚动过程（osbook_day09e） 221

第10章 窗口 227

10.1 再论鼠标（osbook_day10a） 228

10.2 第一个窗口（osbook_day10b） 229

10.3 快速计数器（osbook_day10c） 232

10.4 消除闪烁（osbook_day10d） 234

10.5 后置缓冲区（osbook_day10e） 240

10.6 拖动窗口（osbook_day10f） 241

10.7 仅拖动窗口（osbook_day10g） 246

第11章 定时器和ACPI 249

11.1 整理源码（osbook_day11a） 250

11.2 定时器中断（osbook_day11b） 251

11.3 精确定时（osbook_day11c） 253

11.4 多个定时器和超时通知（osbook_day11d） 257

11.5 ACPI PM定时器和RSDP（osbook_day11e） 261

第12章 键盘输入 269

12.1 查找FADT（osbook_day12a） 270

12.2 使用ACPI PM定时器（osbook_day12b） 273

12.3 USB键盘驱动程序（osbook_day12c） 275

12.4 修改键（osbook_day12d） 279

12.5 文本框（osbook_day12e） 283

12.6 光标（osbook_day12f） 286

第13章 多任务处理（1） 291

13.1 多任务和上下文 292

13.2 处理上下文切换（osbook_day13a） 293

13.3 自动上下文切换（osbook_day13b） 302

13.4 验证多任务处理（osbook_day13c） 306

13.5 更多任务（osbook_day13d） 307

第14章 多任务处理（2） 313

14.1 休眠（osbook_day14a） 314

14.2 事件发生时唤醒（osbook_day14b） 319

14.3 性能测量 324

14.4 确定任务的优先级（osbook_day14c） 324

14.5 休眠任务（osbook_day14d） 332

第15章 终端 335

15.1 在主线程中绘制窗口（osbook_day15a） 336

15.2 活动窗口（osbook_day15b） 340

15.3 终端窗口（osbook_day15c） 348

15.4 加速绘图（osbook_day15d） 353

第16章 命令 359

16.1 终端中的按键操作（osbook_day16a） 360

16.2 echo命令（osbook_day16b） 364

16.3 clear命令（osbook_day16c） 368

16.4 lspci命令（osbook_day16d） 369

16.5 命令历史记录（osbook_day16e） 370

16.6 省电（osbook_day16f） 373

第17章 文件系统 375

17.1 文件和文件系统 376

17.2 BIOS参数块 380

17.3 条目 381

17.4 读出卷（osbook_day17a） 383

17.5 ls命令（osbook_day17b） 390

第18章 应用 395

18.1 文件分配表（osbook_day18a） 396

18.2 第一个应用（osbook_day18b） 402

18.3 C++中的计算器（osbook_day18c） 408

18.4 标准库（osbook_day18d） 414

第19章 分页 417

19.1 可执行文件和内存地址 418

19.2 地址转换 419

19.3 加载并运行应用（osbook_day19a） 422

19.4 虚拟地址和四级分页 422

19.5 在后半部分运行应用 425

19.6 加载应用 426

19.7 设置分层分页结构 428

19.8 整理分层分页结构 432

第20章 系统调用 437

20.1 应用如何使用操作系统函数（osbook_day20a） 438

20.2 保护操作系统（1）（osbook_day20b） 440

20.3 设置TSS（osbook_day20c） 447

20.4 帮助查找错误（osbook_day20d） 455

20.5 系统调用（osbook_day20e） 459

20.6 注册系统调用的过程 460

20.7 系统调用本体 462

第21章 窗口应用 467

21.1 设置IST（osbook_day21a） 468

21.2 字符串显示系统调用（osbook_day21b） 470

21.3 创建系统调用 472

21.4 创建write（） 476

21.5 退出系统调用（osbook_day21c） 478

21.6 返回栈指针 482

21.7 代码整理（osbook_day21d） 484

21.8 打开一个窗口（osbook_day21e） 486

21.9 在窗口中写入文本（osbook_day21f） 487

第22章 图形和事件（1） 491

22.1 使用exit（）（osbook_day22a） 492

22.2 绘制两个点（osbook_day22b） 494

22.3 获取计时器值（osbook_day22c） 498

22.4 窗口绘制的优化（osbook_day22d） 500

22.5 绘制直线（osbook_day22e） 502

22.6 关闭窗口（osbook_day22f） 506

22.7 等待按键输入（osbook_day22g） 508

第23章 图形和事件（2） 517

23.1 鼠标输入（osbook_day23a） 518

23.2 绘图软件（osbook_day23b） 523

23.3 计时器命令（osbook_day23c） 527

23.4 动画（osbook_day23d） 532

23.5 打方块游戏（osbook_day23e） 534

第24章 多终端 539

24.1 增加终端数量（osbook_day24a） 540

24.2 光标自动闪烁（osbook_day24b） 541

24.3 同时启动多个应用（osbook_day24c） 544

24.4 修复窗口重叠的错误（osbook_day24d） 549

24.5 不需要终端即可启动应用（osbook_day24e） 550

24.6 冻结操作系统的应用（osbook_day24f） 554

24.7 保护操作系统（2）（osbook_day24g） 556

第25章 使用应用读取文件 559

25.1 支持（osbook_day25a） 560

25.2 读取文件（osbook_day25b） 566

25.3 正则表达式搜索（osbook_day25c） 575

第26章 使用应用写入文件 577

26.1 标准输入（osbook_day26a） 578

26.2 文件描述符的抽象化 578

26.3 接收键盘输入 580

26.4 EOF和EOT（osbook_day26b） 583

26.5 写入文件（1）（osbook_day26c） 584

26.6 写入文件（2）（osbook_day26d） 591

第27章 应用的内存管理 597

27.1 按需分页（osbook_day27a） 598

27.2 内存映射文件（osbook_day27b） 604

27.3 测量内存使用情况（osbook_day27c） 612

27.4 写入时复制（osbook_day27d） 614

第28章 日文显示和重定向 625

28.1 日文和字符编码（osbook_day28a） 626

28.2 日文字体（osbook_day28b） 633

28.3 重定向（osbook_day28c） 638

第29章 应用间通信 645

29.1 退出码（osbook_day29a） 646

29.2 管道（osbook_day29b） 649

29.3 解析命令行并启动任务 651

29.4 管道处理的主体PipeDescriptor 652

29.5 启动和关闭终端 655

29.6 终止任务 657

29.7 排序命令（osbook_day29c） 661

29.8 终端错误修复（osbook_day29d） 663

29.9 共享内存 665

第30章 额外应用 667

30.1 应用路径程序（osbook_day30a） 668

30.2 more命令（osbook_day30b） 669

30.3 使cat与输入相对应（osbook_day30c） 672

30.4 关闭按钮（osbook_day30d） 674

30.5 文本查看器（osbook_day30e） 679

30.6 图像查看器（osbook_day30f） 682

第31章 前方的路 687

附录A 配置开发环境 690

附录B 获取MikanOS 695

附录C EDKII文件说明 698

附录D C++中的模板 701

附录E iPXE 702

附录F ASCII码表 705

致谢 709



精彩内容
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