第 一部分　操作系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)介紹及環(huán)境搭建 第　1章 操作系統(tǒng)概述　4 1.1　什么是操作系統(tǒng)　4 1.2　操作系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)　4 1.3　編寫操作系統(tǒng)需要的知識(shí)　7 1.4　本書操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介　8 第　2章 環(huán)境搭建及基礎(chǔ)知識(shí)　9 2.1　虛擬機(jī)及開發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)介紹　9 2.1.1　VMware的安裝　9 2.1.2　編譯環(huán)境CentOS 6　10 2.1.3　Bochs虛擬機(jī)　11 2.2　匯編語(yǔ)言　14 2.2.1　AT&T匯編語(yǔ)言格式與Intel匯編語(yǔ)言格式　14 2.2.2　NASM編譯器　16 2.2.3　使用匯編語(yǔ)言調(diào)用C語(yǔ)言的函數(shù)　16 2.3　C語(yǔ)言　19 2.3.1　GNU C內(nèi)嵌匯編語(yǔ)言　20 2.3.2　GNU C語(yǔ)言對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言的擴(kuò)展　23 第二部分　初級(jí)篇 第3章　BootLoader引導(dǎo)啟動(dòng)程序　30 3.1　Boot引導(dǎo)程序　30 3.1.1　BIOS引導(dǎo)原理　31 3.1.2　寫一個(gè)Boot引導(dǎo)程序　32 3.1.3　創(chuàng)建虛擬軟盤鏡像文件　36 3.1.4　在Bochs上運(yùn)行我們的Boot程序　38 3.1.5　加載Loader到內(nèi)存　40 3.1.6　從Boot跳轉(zhuǎn)到Loader程序　52 3.2　Loader引導(dǎo)加載程序　54 3.2.1　Loader原理　54 3.2.2　寫一個(gè)Loader程序　55 3.2.3　從實(shí)模式進(jìn)入保護(hù)模式再到IA-32e模式　65 3.2.4　從Loader跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核程序　75 第4章　內(nèi)核層　78 4.1　內(nèi)核執(zhí)行頭程序　78 4.1.1　什么是內(nèi)核執(zhí)行頭程序　78 4.1.2　寫一個(gè)內(nèi)核執(zhí)行頭程序　79 4.2　內(nèi)核主程序　83 4.3　屏幕顯示　85 4.3.1　在屏幕上顯示色彩　86 4.3.2　在屏幕上顯示log　88 4.4　系統(tǒng)異常　100 4.4.1　異常的分類　101 4.4.2　系統(tǒng)異常處理（一）　102 4.4.3　系統(tǒng)異常處理（二）　109 4.5　初級(jí)內(nèi)存管理單元　121 4.5.1　獲得物理內(nèi)存信息　121 4.5.2　計(jì)算可用物理內(nèi)存頁(yè)數(shù)　123 4.5.3　分配可用物理內(nèi)存頁(yè)　126 4.6　中斷處理　142 4.6.1　8259A PIC　142 4.6.2　觸發(fā)中斷　148 4.7　鍵盤驅(qū)動(dòng)　152 4.7.1　簡(jiǎn)述鍵盤功能　152 4.7.2　實(shí)現(xiàn)鍵盤中斷捕獲函數(shù)　154 4.8　進(jìn)程管理　155 4.8.1　簡(jiǎn)述進(jìn)程管理模塊　155 4.8.2　PCB　156 4.8.3　init進(jìn)程　163 第5章　應(yīng)用層　171 5.1　跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用層　171 5.2　實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用API　180 5.3　實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用處理函數(shù)　185 第三部分　高級(jí)篇 第6章　處理器體系結(jié)構(gòu)　190 6.1　基礎(chǔ)功能與新特性　190 6.1.1　運(yùn)行模式　190 6.1.2　通用寄存器　191 6.1.3　CPUID指令　192 6.1.4　標(biāo)志寄存器EFLAGS　193 6.1.5　控制寄存器　195 6.1.6　MSR寄存器組　199 6.2　地址空間　199 6.2.1　虛擬地址　200 6.2.2　物理地址　200 6.3　實(shí)模式　200 6.3.1　實(shí)模式概述　201 6.3.2　實(shí)模式的段尋址方式　201 6.3.3　實(shí)模式的中斷向量表　201 6.4　保護(hù)模式　202 6.4.1　保護(hù)模式概述　202 6.4.2　保護(hù)模式的段管理機(jī)制　206 6.4.3　保護(hù)模式的中斷/異常處理機(jī)制　214 6.4.4　保護(hù)模式的頁(yè)管理機(jī)制　217 6.4.5　保護(hù)模式的地址轉(zhuǎn)換過(guò)程　224 6.5　IA-32e模式　226 6.5.1　IA-32e模式概述　226 6.5.2　IA-32e模式的段管理機(jī)制　228 6.5.3　IA-32e模式的中斷/異常處理機(jī)制　234 6.5.4　IA-32e模式的頁(yè)管理機(jī)制　234 6.5.5　IA-32e模式的地址轉(zhuǎn)換過(guò)程　237 第7章　完善BootLoader功能　238 7.1　實(shí)模式的尋址瓶頸　238 7.1.1　錯(cuò)綜復(fù)雜的1 MB物理地址空間　238 7.1.2　突破1 MB物理內(nèi)存瓶頸　239 7.1.3　實(shí)模式下的4 GB線性地址尋址　240 7.2　獲取物理地址空間信息　240 7.3　操作系統(tǒng)引導(dǎo)加載階段的內(nèi)存空間劃分　242 7.4　U盤啟動(dòng)　244 7.4.1　USB-FDD、USB-ZIP和USB-HDD啟動(dòng)模式的簡(jiǎn)介　244 7.4.2　將Boot引導(dǎo)程序移植到U盤中啟動(dòng)　251 7.5　在物理平臺(tái)上啟動(dòng)操作系統(tǒng)　255 7.6　細(xì)說(shuō)VBE功能的實(shí)現(xiàn)　261 7.6.1　VBE規(guī)范概述　261 7.6.2　獲取物理平臺(tái)的VBE相關(guān)信息　272 7.6.3　設(shè)置顯示模式　279 第8章　內(nèi)核主程序　282 8.1　內(nèi)核主程序功能概述　282 8.2　操作系統(tǒng)的Makefile編譯腳本　282 8.3　操作系統(tǒng)的kernel.lds鏈接腳本　286 8.4　操作系統(tǒng)的線性地址空間劃分　289 8.5　獲得處理器的固件信息　290 第9章　高級(jí)內(nèi)存管理單元　297 9.1　SLAB內(nèi)存池　297 9.1.1　SLAB內(nèi)存池概述及相關(guān)結(jié)構(gòu)體定義　298 9.1.2　SLAB內(nèi)存池的創(chuàng)建與銷毀　299 9.1.3　SLAB內(nèi)存池中對(duì)象的分配與回收　302 9.2　基于SLAB內(nèi)存池技術(shù)的通用內(nèi)存管理單元　308 9.2.1　通用內(nèi)存管理單元的初始化函數(shù)slab_init　308 9.2.2　通用內(nèi)存的分配函數(shù)kmalloc　312 9.2.3　通用內(nèi)存的回收函數(shù)kfree　317 9.3　調(diào)整物理頁(yè)管理功能　321 9.3.1　內(nèi)存管理單元結(jié)構(gòu)及相關(guān)函數(shù)調(diào)整　321 9.3.2　調(diào)整alloc_pages函數(shù)　323 9.3.3　創(chuàng)建free_pages函數(shù)　327 9.4　頁(yè)表初始化　330 9.4.1　頁(yè)表重新初始化　331 9.4.2　VBE幀緩存區(qū)地址重映射　334 第　10章 高級(jí)中斷處理單元　337 10.1　APIC概述　337 10.2　Local APIC　338 10.2.1　Local APIC的基礎(chǔ)信息　338 10.2.2　Local APIC整體結(jié)構(gòu)及各功能描述　344 10.3　I/O APIC　352 10.3.1　I/O APIC控制器的基礎(chǔ)信息　353 10.3.2　I/O APIC整體結(jié)構(gòu)及各引腳功能　356 10.4　中斷控制器的模式選擇與初始化　358 10.4.1　中斷模式　359 10.4.2　Local APIC控制器的初始化　362 10.4.3　I/O APIC控制器的初始化　368 10.5　高級(jí)中斷處理功能　375 10.5.1　Linux的中斷處理機(jī)制概述　375 10.5.2　實(shí)現(xiàn)中斷上半部處理功能　377 第　11章 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序　382 11.1　鍵盤和鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序　382 11.1.1　鍵盤和鼠標(biāo)控制器　382 11.1.2　完善鍵盤驅(qū)動(dòng)　389 11.1.3　實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)　398 11.2　硬盤驅(qū)動(dòng)程序　403 11.2.1　硬盤設(shè)備初探　403 11.2.2　完善硬盤驅(qū)動(dòng)程序　418 第　12章 進(jìn)程管理　428 12.1　進(jìn)程管理單元功能概述　428 12.2　多核處理器　429 12.2.1　超線程技術(shù)與多核技術(shù)概述　429 12.2.2　多核處理器間的IPI通信機(jī)制介紹　434 12.2.3　讓我們的系統(tǒng)支持多核　437 12.3　進(jìn)程調(diào)度器　464 12.3.1　Linux進(jìn)程調(diào)度器簡(jiǎn)介　465 12.3.2　墻上時(shí)鐘與定時(shí)器　468 12.3.3　內(nèi)核定時(shí)器　479 12.3.4　實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度功能　486 12.4　內(nèi)核同步方法　498 12.4.1　原子變量　498 12.4.2　信號(hào)量　499 12.4.3　完善自旋鎖　501 12.5　完善進(jìn)程管理單元　503 12.5.1　完善PCB與處理器運(yùn)行環(huán)境　503 12.5.2　完善進(jìn)程調(diào)度器和AP處理器引導(dǎo)程序　508 12.5.3　關(guān)于線程　514 第　13章 文件系統(tǒng)　516 13.1　文件系統(tǒng)概述　516 13.2　解析FAT32文件系統(tǒng)　517 13.2.1　FAT32文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介　517 13.2.2　通過(guò)實(shí)例深入解析FAT32文件系統(tǒng)　523 13.2.3　實(shí)現(xiàn)基于路徑名的文件系統(tǒng)檢索功能　532 13.3　虛擬文件系統(tǒng)　552 13.3.1　Linux VFS簡(jiǎn)介　552 13.3.2　實(shí)現(xiàn)VFS　554 第　14章 系統(tǒng)調(diào)用API庫(kù)　566 14.1　系統(tǒng)調(diào)用API結(jié)構(gòu)　566 14.2　基于POSIX規(guī)范實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用API庫(kù)　567 14.2.1　POSIX規(guī)范下的系統(tǒng)調(diào)用API簡(jiǎn)介　567 14.2.2　升級(jí)系統(tǒng)調(diào)用模塊　568 14.2.3　基礎(chǔ)文件操作的系統(tǒng)調(diào)用API實(shí)現(xiàn)　574 14.2.4　進(jìn)程創(chuàng)建的系統(tǒng)調(diào)用API實(shí)現(xiàn)　599 14.2.5　內(nèi)存管理的基礎(chǔ)系統(tǒng)調(diào)用API實(shí)現(xiàn)　618 第　15章 Shell命令解析器及命令　626 15.1　Shell命令解析器　626 15.1.1　Shell命令解析器概述　626 15.1.2　實(shí)現(xiàn)Shell命令解析器　627 15.2　基礎(chǔ)命令　641 15.2.1　重啟命令reboot　641 15.2.2　工作目錄切換命令cd　642 15.2.3　目錄內(nèi)容顯示命令ls　645 15.2.4　文件查看命令cat　654 15.2.5　程序執(zhí)行命令exec　655 第　16章 一個(gè)彩蛋　665 附錄　術(shù)語(yǔ)表　676 參考資料　679