自己写操作系统？

一、在搜索rtos相关资料时候，无意中在知乎论坛上看到一片“写一个操作系统内核有多难？大概的内容、步骤是什么？”的文章，感触颇深。自己现有的技术远远不能达到这种水平，欠缺的技术甚多，需要弥补的比较多。为深入研究linux内核系统或是rtos系统做下准备工作，在此mark下，整理下相关的技术文档参考，以便后续研究分析。

详细的内容可以参见知呼论坛：http://www.zhihu.com/question/22463820

内核不难，但要让大厂商为你的内核写驱动比登天还难。

二、最基本的有几个部分：

1 bootloader, 你是用个现成的grub还是自己写，很多人就倒在这一步了。

2 内存管理

3 进程管理

4 中断和系统调用

5 文件系统，

当然可以折腾的很多，但最好还是先把这些弄出来，才可称之为一个操作系统。

三、下面是简要的总结下可能用到的资源：

0.JamesM's kernel development tutorials

James的那个教程还是入门最好的。

1.

项目地址：Hurlex-doc by hurley25

基于《JamesM's kernel development tutorials》写的中文文档

2.

基于 Bochs 的操作系统内核实现

写个玩具内核参考：基于 Bochs 的操作系统内核实现

3.



(1)zero to one

《JamesM's kernel development tutorials》JamesM's kernel development tutorials，在学习完之后，对操作系统简单的有了轮廓，bootload, GDT IDT, 内存管理，文件系统等等。

(2)microkernel vs monolithic

我们看的很多教程，多少天写操作系统，包括前面的JamesM's kernel development tutorials，都是类unix实现，本质上设计的思路和框架都类似。

微内核，发现内核OS，原来还能有另一种(非Linux宏内核的)设计, 微内核则是把很多原来集成到kernel的模块，通过IPC的方式，变成一个个services跑在用户模式下面，这样大大增强了可扩展性和内核的稳定性。



(3).后来发现了FreeNOS，用C++写的基于微内核的操作系统，通过学习这个项目，又对操作系统，软件设计，设计模式等等大开脑洞。

FreeNOS

lordsergioinspa/FreeNOS · GitHub

这是一个用C++实现的微内核的操作系统，各种宏内核中的服务作为一个独立的services在微内核中，基于消息的通信方式，这点其实跟Mac内核中的mach那部分机制相似。

除了是一个操作系统的实现，另外从中也能很好的学习到OOP的设计方式，整个代码风格特别好，完全基于面相对象，还有一些常见的设计模式，在接触了这个开源项目之后，才了解，代码风格，注释，doxygen，scons，设计模式。

不仅涵盖了所有的操作系统的设计，学习，更接地气的包括了各种优美设计。

(4).Exokernel微内核

http://pdos.csail.mit.edu/6.828/2005/readings/engler95exokernel.pdf

新一代的微内核，MIT出品。

Exokernel 微内核的核心观点是：只要内核还提供对系统资源的抽象，就不能实现性能的最大优化 -- 内核应该支持一个最小的、高度优化的原语集，而不是提供对系统资源的抽象。从这个观点上来说，IPC 也是一个太高级的抽象因而不能达到最高的性能。Exokerne l微内核的核心是支持一个高度优化的原语名叫保护控制转移(protected control transfer, PCT)。PCT是一个不带参数的跨地址空间的过程调用，其功能类似于一个硬件中断。在PCT的基础上，可以实现高级的IPC抽象如RPC。在MIPS
R3000处理器上，一个基于PCT的RPC实现了仅10µs的开销，而在同一硬件上运行的Mach RPC为95µs。

对磁盘的处理，跟微内核的比较



4.

有一本日本人写的书叫《30天自制操作系统》一步一步带你写出一个操作系统内核（可以写到光盘上，从光盘启动，第一节就叫你如何实现一个“hello，world”），一般计算机的本科生（就是会一点点C语言的那种理工科生），有点耐心的话，每天2~3小时，三个月基本能够看完，跟着撸出一个操作系统内核。

要是急于写出来的话，去看《30天自制操作系统》，跟着敲代码就好。

用汇编和C语言 一个月内写出一个操作系统，这个操作系统包含：

图形界面

多任务

汉字显示

文件压缩

听音乐

看图片

玩游戏

...

照着做了一个星期，很多时候都是在查BIOS手册；不过这本书本身倒是满有趣的，作者的写的浅显易懂

5.

《Orange'S：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》

Orange'S:一个操作系统的实现 (豆瓣)
http://blog.csdn.net/iefswang/article/details/8455170 http://book.51cto.com/art/200907/133029.htm
6.MIT 操作系统课程(xv6不到1万行代码。)



2011年操作系统课程：http://pdos.csail.mit.edu/6.828/2011/

2014年操作系统课程：http://pdos.csail.mit.edu/6.828/2014/

按照这个课程,几个月就可以完成一个功能还算完备的内核.

但是这些人可以自己用几个月的时间写个内核,建立在当下相关资料特别丰富,而且虚拟机调试特别方便的基础上的.用bochs(虽然我自己从来都没有整好过),qemu,可以轻松进行汇编级调试,qemu 还可以利用gdb remote debug来进行源码级调试.

7.来自：bhuztez

于是我就照着MIT 6.828，以及JamesM's kernel development tutorials，James
Molloy's Tutorial Known Bugs开始学写操作系统内核了。决定用QEMU，因为QEMU用-kernel参数，可以直接启动一个elf格式的支持multiboot的内核，这样直接就跳过了bootloader。也不用像用grub之类的bootloader那样得先生成一个磁盘/光盘镜像。直接写串口而不是像JamesM那样写到屏幕上。写屏幕上难度大不了多少。但问题是看输出还不如串口方便，一上来就折腾那玩意儿干啥呢？能输出Hello, world!之后，从JOS里抄来了printf函数。此时碰到了一个问题，从osdev
wiki上那个meaty skeleton里抄来的kernel.ld有问题，内核根本不能启动。后来发现在最前面出现了一个奇怪的.note.gnu.build-id，4K对齐之后，multiboot header都到第二页去了，根本就找不到multiboot magic嘛。读取multiboot info里的内容，把从-initrd参数传进来的文本文件print出来。打开paging，给第一个用户态进程建一个page directory，sysexit进入用户态，再sysenter回来。

xx.其他系统

https://github.com/griwes/ReaverOS

Expanded Main Page。

JamesM's kernel development tutorials

xv6的代码也不错，文档齐全，Xv6, a simple Unix-like teaching operating system

在GitHub无数个人在折腾自己的操作系统，SamyPesse/How-to-Make-a-Computer-Operating-System 路 GitHub。

OSDEV
Expanded Main Page

玩具内核的 http://wiki.osdev.org/Main_Page
SamyPesse/How-to-Make-a-Computer-Operating-System 路 GitHub

linus大学期间写的linux0.11源代码版本，也对比过现在的linux2.6.5以后的区别，虽然差别很大，但是一些思想还是想通的，至少我个人认为作为一个优秀的本科确实应该能够写出一个linux0.11那样的内核，更不要说是一个硕士。虽然可能运行不会很好，采用的算法不是很高级（早期的linux版本貌似算法确实不是很高级，都是大家想的到的），但是这本身也是一种学以致用的途径，不断修改，相信总有一天能完善，我想这样的学习才能被称为学习吧！

同济大学主持的，高可用操作系统HD-Elastos，Overview - HA-Elastos