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操作系统最终是供用户使用的，所以其需要具备与用户交互的能力，交互方式可以是命令行，图形界面，甚至是触摸屏，语音，实体按钮等。本章将要实现的是系统交互。 17.1 外壳程序 我们的操作系统使用的是基于命令行的交互模式。实现此功能的模块被称为外壳（Shell）程序。 事实上，上一章的Test.c已经是一 阅读全文
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我们的操作系统虽然已经实现了键盘驱动，但其功能仅限于在屏幕上打印输入的字符，任务并不能读取到这些字符。本章将要实现读取键盘输入的系统调用。 16.1 读取键盘输入的原理 想要让任务读取到键盘输入，最简单的方法是构造一个数组，当键盘中断发生时，将键盘输入的字符保存在这个数组中。然而，这个方案有一个无法 阅读全文
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到目前为止，我们的操作系统只能输出而不能输入。本章将要实现的是键盘驱动，其能让我们的操作系统接收键盘输入。 15.1 键盘驱动的原理 当按下键盘上的键时，发生了什么呢？原来，每当按下键盘上的键，键盘都会发起至少一次键盘中断；每当一个键弹起时，键盘又会发起至少一次键盘中断；如果一直按住一个键不松手，键 阅读全文
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文件系统是操作系统的一个重要模块。本章将要实现的是文件系统。 14.1 什么是文件系统 文件系统是操作系统用于管理硬盘，并使硬盘更易于使用的模块。 想要管理硬盘，就需要记录硬盘扇区的使用情况，可以使用位图实现这个功能。 想要让硬盘更易于使用，就需要一个非常关键的概念：文件。文件可以将底层的起始扇区号 阅读全文
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在前面的两章中，我们的操作系统均不支持任务回收，所以任务不能退出。本章将要实现的是任务回收功能。 13.1 任务回收的原理 如果一个任务位于任务队列中，其就会被运行。所以，如果一个任务的运行已经结束，它就应该从任务队列中删除。 仅仅将任务从任务队列中删除是不够的，这是因为任务还持有一些内存没有释放， 阅读全文
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特权级是保护模式的核心概念之一，但我们的操作系统一直没有引入这个概念。这是因为，特权级只有在3特权级任务存在时才有意义。本章将要实现的是3特权级任务的加载与任务切换。 12.1 特权级 12.1.1 特权级的功能 特权级（Privilege Level），是保护模式中用于限制任务权限的机制。特权级有 阅读全文
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上一章中，我们的操作系统已经支持内核共享，这为任务的加载和运行做好了准备。 本章将要实现的是0特权级任务的加载与任务切换。 11.1 任务切换的原理 11.1.1 协同式与抢占式任务切换 如果CPU上只运行着Kernel.c的main函数，那么情况非常简单，只需要不断执行下一条指令即可。然而，如果现 阅读全文
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一直以来，我们的操作系统在启动后，运行的都是Kernel.c中的main函数。只运行这一个函数是不够的，操作系统应当有能力加载并运行其他程序。 从本章开始，将使用四章的篇幅讨论操作系统如何加载并运行任务。这里的任务（Task）与进程（Process）是同义词，在操作系统领域中，任务这个词更为常用，请 阅读全文
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操作系统应当具备读写硬盘的能力。因此，本章将要实现的是硬盘驱动。硬盘驱动由两个函数构成：读硬盘函数与写硬盘函数。 9.1 读硬盘 想要读硬盘，就需要提供以下三个信息： 起始扇区号 读取的扇区数 数据存储的地址 需要注意的是：读取的扇区数只能是一个8字节的整数。 由于读硬盘需要使用大量的端口读写指令， 阅读全文
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计算机上的任何程序，包括操作系统自己，都需要使用内存。因此，操作系统需要实现内存管理系统，以进行内存的分配和回收。 在我们的操作系统中，内存管理系统由两部分组成：页分配器与页回收器。本章将实现这两个部分。 8.1 从虚拟地址到物理地址 回顾CPU对内存地址的转换过程： 使用段寄存器中的段选择子，在G 阅读全文
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7.1 什么是中断 中断是一种能够随时打断CPU正常工作的机制。这句话看着挺别扭的，CPU工作的好好的，为什么要"随时打断"它？这是因为，CPU需要为诸多外部设备提供服务，以键盘为例，当键盘上的键被按下时，CPU需要对此做出响应和处理，如果不能及时响应，我们会说："电脑很卡"；如果一直都不能响应，我 阅读全文
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进入内核以后，应该做些什么呢？本章将实现一个最容易看到效果的模块：显卡驱动。 6.1 什么是驱动 驱动这个词听起来很高大上，但实际上很简单，就是硬件的接口函数。在软件工程中，可以使用接口封装和简化设计，硬件也是一样。例如：想要读硬盘，需要很多指令设定好几个端口，然后等待硬盘就绪，最后才能读硬盘。这一 阅读全文
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一直以来，我们都在使用汇编语言对MBR编程，但对于操作系统这样的复杂程序来说，使用汇编语言是比较困难的。本章将实现操作系统内核的加载与进入。 5.1 读硬盘的实现原理 操作系统存储于硬盘中，现在需要将其读出至内存。想要读硬盘，就需要依次进行以下操作： 设定读取的扇区数 设定起始扇区号 发送读硬盘命令 阅读全文
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4.1 什么是分页模式 让我们以这幅图开始本章的内容： 这是一段内存，每格为1字节，阴影部分的内存被占用。此时，如果向内存中加载一个4字节的程序，显然是做不到的。然而，此时的空闲内存其实是够4字节的，纯粹是因为其不连续，导致了这样的结果。看来，问题的关键在于内存连续。如果有一种办法能让内存不连续，问 阅读全文
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实模式下，内存的访问是没有任何限制的，任何程序都能访问和修改任何内存地址，这就导致了实模式下的程序，甚至操作系统自己，都可能自身难保。于是，自8086的下一代产品80286起，保护模式诞生了；进一步的，自80386起，32位保护模式诞生了。 3.1 内存为什么要分段 在学习保护模式之前，需要先讨论一 阅读全文
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2.1 BIOS 当按下开机键的那一刻，发生了什么呢？ 这是一个百废待兴的时刻，所有的硬件设备都刚启动，并没有做好准备，甚至连CPU自己都是。此时，就需要一些外力帮助CPU工作起来。具体来说，在CPU刚启动时，其CS:IP被硬件电路设定为f000:fff0。这个地址并非指向内存，而是指向主板的一个非 阅读全文
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1.1 引言 什么是操作系统呢？ 有些读者可能会像曾经的笔者一样，认为操作系统是"一种图形界面"；在学习了Linux操作系统后，认为操作系统也可以是"一种命令行"。而不同种类，不同版本的操作系统，则是"不同的图形界面"，或是"不同的命令行语法"。 那么，以Linux操作系统为例，读者是否想过这些问题 阅读全文