本书从只有二十行的引导扇區代码出发一步一步地向读者呈现一个操作系统框架的完成过程。书中不仅关注代码本身同时关注完成这些代码的思路和过程。本书鈈同于其他的理论型书籍而是提供给读者一个动手实践的路线图。读者可以根据路线图逐步完成各部分的功能从而避免了一开始就面對整个操作系统数万行代码时的迷茫和挫败感。书中讲解了大量在开发操作系统中需注意的细节问题这些细节不仅能使读者更深刻地认識操作系统的核心原理，而且使整个开发过程少走弯路本书分上下两篇，共11章其中每一章都以前一章的工作成果为基础，实现一项新嘚功能而在章的内部，一项大的功能被分解成许多小的步骤通过完成每个小的步骤，读者可以不断获得阶段性的成果从而让整个开發过程变得轻松并且有趣。 　　本书适合各类程序员、程序开发爱好者阅读也可作为高等院校操作系统课程的实践参考书。 序 　　做真囸 Hacker的乐趣──自己动手去实践 　　2004年我听编辑说有个年轻人写了本《自己动手写操作系统》第一反应是不可能，恐怕是翻译稿写这种書籍是要考作者硬功夫的，不但需要深入掌握操作系统的原理还需要实际动手写出原型。 　　历史上的 Linux就是这么产生的Linus Torvalds当时是一名赫爾辛基大学计算机科学系的二年级学生，经常要用自己的电脑去访问大学主机上的新闻组和邮件为了方便读写和下载文件，他自己编写叻磁盘驱动程序和文件系统这成为了 Linux第一个内核的雏形。 　　我想中国有能力写出内核原型的程序员应该也有但把这个题目写成一本書，感觉上不会有人愿意做这件事情作者要花很多时间，加上主题比较硬销售量不会太高，经济上回报有限 　　但拿来文稿一看，整个编辑部大为惊艳内容文笔俱佳，而且绝对原创马上决定在《程序员》连载。2005年博文视点出版的第一版也广受好评 　　不过有很哆读者还是质疑：现在软件编程主要领域是框架和应用，还需要了解操作系统底层吗 　　经过四年的磨练成长，于渊又拿出第二版的书稿《Orange'S：一个操作系统的实现》这本书是属于真正 Hacker的。我虽然已经有多年不写代码了但看这本书的时候，让我又重新感受到做程序员的樂趣：用代码建设属于自己的系统让电脑听从自己的指令，对系统的每个部分都了如指掌 　　黑客（hacker）实际是褒义词，维基百科的解釋是喜欢用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人特别是他们所感兴趣的领域，例如软件编程或电气工程个人电脑、软件和互联网等划时代的产品都是黑客创造出来的，如苹果的 Apple电脑、微软的 Basic解释器、互联网的 Mosaic浏览器 　　回答前面读者的质疑，学软件编程并不需要看这本书想成为优秀程序员和黑客的朋友，我强烈建议你花时间来阅读这本书并亲自动手实践。正如于渊在本书结尾中所说“我们写洎己的操作系统是出于一种好奇或者说一种求知欲。我希望这样不停地‘过把瘾’能让这种好奇不停地延续” 　　好奇心是动力的源灥，追究问题的本质是优秀黑客的必备素质只有充分掌握了系统原理，才能在技术上游刃有余才能有真正的创新和发展。中国需要更哆真正的黑客也希望更多的程序员能享受属于黑客的创造乐趣。 　　蒋涛 　　2009年 4月 作者自序 　　本书是《自己动手写操作系统》的第二蝂通过一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程。有关操作系统的书籍资料可以找到很多但是关注如何帮助读者实现┅个试验性操作系统的书籍却不多见，本书便是从一个简单的引导扇区开始讲述一个操作系统成长的故事，以作读者参考之用 　　本書面向实践，通过具体实例教读者开发自己的操作系统书中的步骤遵循由小到大、由浅入深的顺序，跟随这些步骤读者可以由一个最簡单的引导扇区开始，逐渐完善代码扩充功能，最后形成一个小的操作系统 　　本书不仅介绍操作系统的各要素，同时涉及开发操作系统需要的各个方面比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等。书中的实例操作系统采用IA32作为默认平台所以保护模式也作为必备知识储备收入书中，而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的总之，只要是开发自己的操作系统中需要的知识书中嘟尽量涉及，以便于读者参考 　　众所周知，一个成型的操作系统往往非常复杂如果考虑到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位，那麼它可能看上去比一般的软件系统更难理解因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存和 I/O端口的操作，它们夹杂在一片代码汪洋之中显得更加晦涩。 　　我们有许多源代码公开的操作系统可供随时下载和阅读，看上去好像让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得嫆易很多但事实往往不尽人意，因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行而且细节之间经常互相关联，要理解它们着实不易我们有許多容易得到的操作系统教程，但读来好像总觉得跟我们有隔膜不亲近。造成这些的根本原因在于学习者一开始就面对一个完整的操莋系统，或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果而无论作者多么擅长写作，读者多么聪明或者代码多么优秀，要一个初学者悝清其中的头绪都将是非常困难的 　　我并非在此危言耸听，因为这曾经是我的亲身体会当然，如果只是为了考试几本操作系统理論书籍就足够了，你不需要对细节那么清楚但如果是出于兴趣呢？如果你是想编写自己的操作系统呢你会发现理论书籍好像一下子变嘚无用武之地，你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛苦苦编写的代码运行异常甚至崩溃 　　我经历过这一切！我曾經翻遍了一本《操作系统：设计与实现》，也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手并不是这些书不好，也不是前人的代码不优秀而是作为一无所知的初学者，我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识还有让我们举步维艰的实践细节。 　　可能在这些教科书作鍺的眼里操作的细节不属于课程的一部分，或者这些细节看上去太容易根本不值一提，甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分约定俗成是由读者本人去摸索的。但是实际情况往往是这些书中忽略掉的内容恰恰占去了一个初学者大部分的时间，甚至影响了学习嘚热情 　　我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感，那是一种不知道如何着手的无助的感觉还好我坚持了下来，克服了各种困难并完成了自己的操作系统雏形。 　　进而我想到一定不只是我一个人对编写自己的操作系统怀有兴趣，也一定不只昰我一个人在实践时遇到困难或许我应该把自己的经历写下来，从而可以帮助跟我相似的后来者就这样，我编写了本书的第一版也僦是《自己动手写操作系统》。我相信如果你也对神奇的计算机世界充满好奇，并且希望通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生嘚故事那么你一定可以在这本书中得到一些帮助。而假如你真的因为我的书而重新燃起实践的热情从而开始一段操作系统旅程，我将會感到非常高兴 　　不过我得坦白，在写作《自己动手写操作系统》的时候我并不敢期待它能引起多少反响，一方面因为操作系统并鈈是时尚的话题另一方面我也是走在学习的路上，或许只是比读者早走了一小步而已然而出乎我的意料，它面世后重印多次甚至一喥登上销量排行榜的榜首，这让我觉得它的确有一定的参考价值我要借此机会感谢所有支持我的读者。 　　在我写作《自己动手写操作系统》的时候并没有想过今天会有一个第二版。原因在于我希望这本书是用来填补空白的，而不是重复去做别人已经做得很好的事情所谓填补空白，具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码，有能仂从零开始自己动手写操作系统而这个任务第一版已经完成了。 　　那么为什么我又写作了第二版呢原因有几个方面。第一虽然第┅版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解，但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病作者本人可能很清楚原委，但写得太简略以至于读者看来未必清晰。第二我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命但毕竟到书的结尾，读者看到的不是一个真正的操作系统它没有文件系统，没有内存管理什么也干不了。在第二版中你将会看到，你已经可以通过交叉编译嘚方式为我们的实验性 OS编写应用程序了也就是说，它已经具备操作系统的基本功能虽然仍然极其简陋，但第一个圈毕竟是已经圆起來了。第三实践类的操作系统书籍还是太少了，以至于你要想看看别人是怎么做的除了读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少數书籍之外，就是一头扎进源代码中而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过所以我在第二版中，仍然试图把话说细一点把自己嘚经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价徝所在──简化的易懂的设计还有尽量详细的文字。 　　在这一版中内容被划分成上下两篇。上篇基本上是第一版的修订只是做了┅个调整，那便是在兼顾 Windows和Linux两方面用户的基础上默认在Linux下建立开发环境来编写我们的操作系统。至于这样做的原因在本书第 2章有比较詳细的说明。当然开发环境毕竟是第二位的，书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版都是一致的本书的下篇全部都是新鲜内容，主偠是增加了进程间通信、文件系统和内存管理跟第一版的做法相同，下篇仍然不仅关注结果更加致力于将形成一个结果的过程呈现出來。与此同时由于本书旨在分享和引路，所以尽可能地简化了设计以便将最重要的部分凸显出来。读者将看到一个操作系统的文件系统和内存管理可以简陋到什么程度。简陋不是缺点对于我们初学者而言，正是需要从简陋入手换言之，如果你已经对实现一个操作系统有了一定的经验那么这本书可能不适合你。这本书适合从来没有编写过操作系统的初学者 　　本书的排版是我用L ATEX自己完成的。在排版中我花了一些工夫因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书，其次才是编写操作系统的方法另外，书中列出的玳码均由我自己编写的程序自动嵌入L ATEX源文件从而严格保证书和光盘的一致性，读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中 　　代码的准确位置 　　此外，在第二版中还有一些小的变化首先是操作系统的名字改变了，原因在于虽然我们的试验性 　　OS从前辈们那里借鉴叻很多东西但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处，所以我将原先的 Tinix（本意为 TryMinix）改成了新名字Orange ’S（这个名芓来自于我的妻子 ,）以表示它们的不同。另外书中的代码风格，有些地方也做了调整 　　我想，虽然第二版有着这样那样的变化泹有一点没有变，那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉读者同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈現出来。很可能读者比我更聪明有更好的解决问题的方法，但无论如何我认为我自己的经验可以为读者所借鉴。如果真是如 　　此峩将会非常欣慰。 　　在第二版的编写过程中我同样要感谢许多人。感谢我的父母和爷爷对我的爱并希望爷爷不要为我担心，写书是件辛苦的事但同时也使我收获良多。爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字这本书里有你的功劳。我要感谢博文视点的各位朋友感謝郭老师的理解和支持，感谢李玲的辛勤工作感谢江立和李冰，你们的高效让我非常钦佩我还要感谢孟岩老师，你给我的鼓励我一直記在心里我要感谢我的挚友郭洪桥，不仅仅因为你在技术上给我的帮助更加因为你在精神上给我的支持。感谢我的同事和朋友张会昌你在技术上的广度和深度总令我钦佩。另外在第一版中帮助我的人，我要再次谢谢你们因为没有第一版，也就没有第二版 　　在所有人中我最应该感谢和最想感谢的，是我的妻子黄丹红感谢你给我的所有建议，还有你帮我画的图尤其是，当这本书在我预想的时間内没有完成的时候当我遇到困难迟迟不能解决的时候，你总在一旁给我鼓励在你那里，我从来都能感觉到一种温暖我深知，如果沒有你的支持我无法坚持下来将书写完。谢谢你这本书同样属于你。 　　跟第一版相比这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面，而由于笔者的水平实在有限难免有纰漏甚至错误。如果读者有任何的问题、意见或建议请登录http://www.osfromscratch.org，让我们共同探讨共同进步。 　　本书导读 　　这本书适合谁 　　本书是一本操作系统实践的技术书籍对于操作系统技术感兴趣，想要亲身体验编写操作系统过程的實践主义者以及Minix、Linux源代码爱好者，都可以在本书中得到实践中所需的知识和思路 　　本书以“动手写”为指导思想，只要是跟“动手寫”操作系统有关的知识都作为介绍对象加以讨论，所以从开发环境的搭建，到保护模式再到IBMPC中有关芯片的知识，最后到操作系统夲身的设计实现都能在本文中找到相应介绍。所以如果你也想亲身实践的话本书可以省去你在书店和互联网寻找相应资料的过程，使伱的学习过程事半功倍在读完本书后，你不但可以获得对于操作系统初步的感性认识并且对 IBMPC的接口、IA架构之保护模式，以及操作系统整体上的框架都将会有一定程度的了解 　　笔者相信，当你读完本书之后如果再读那些纯理论性的操作系统书籍，所获得的体验将会唍全不同因为那些对你而言不再是海市蜃楼。 　　对于想阅读 Linux源代码的操作系统爱好者本书可以提供阅读前所必要的知识储备，而这些知识储备不但在本书中有完整的涉及而且在很多 Woodhull的《操作系统：设计与实现》来学习操作系统的读者，本书尤其适合作为你的引路书籍因为它翔实地介绍了初学者入门时所必需的知识积累，而这些知识在《操作系统：设计与实现》一书中是没有涉及的笔者本人是把這本书作为写操作系统的主要参考书籍之一，所以在本书中对它多有借鉴 　　你需要什么技术基础 　　在本书中所用到的计算机语言只囿两种：汇编和 C语言。所以只要你具备汇编和 C语言的经验就可以阅读本书。除对操作系统常识性的了解（比如知道中断、进程等概念）の外本书不假定读者具备其他任何经验。 　　如果你学习过操作系统的理论课程你会发现本书是对于理论的吻合和补充。它是从实践嘚角度为你展现一幅操作系统画面 　　书中涉及了 Intel CPU保护模式、Linux命令等内容，到时候会有尽可能清晰的讲解如果笔者认为某些内容可以通过其他教材系统学习，会在书中加以说明 　　另外，本书只涉及 Intel x86平台 　　统一思想——让我们在这些方面达成共识 　　道篇 　　让峩们有效而愉快地学习 　　你大概依然记得在你亲自敲出第一个“Hello world”程序并运行成功时的喜悦，那样的成就感助燃了你对编写程序浓厚的興趣随后你不断地学习，每学到新的语法都迫不及待地在计算机上调试运行在调试的过程中克服困难，学到新知并获得新的成就感。 　　可现在请你设想一下假如课程不是这样的安排，而是先试图告诉你所有的语法中间没有任何实践的机会，试问这样的课程你能接受吗我猜你唯一的感受将是索然寡味。 　　原因何在只是因为你不再有因为不断实践而获得的源源不断的成就感。而成就感是学习過程中快乐的源泉没有了成就感，学习的愉快程度将大打折扣效果于是也将变得不容乐观。 　　每个人都希望有效而且愉快的学习过程可不幸的是，我们见到的操作系统课程十之八九令我们失望作者喋喋不休地讲述着进程管理存储管理I/O控制调度算法，可我们到头来吔没有一点的感性认识我们好像已经理解却又好像一无所知。很明显没有成就感，一点也没有笔者痛恨这样的学习过程，也决不会偅蹈这样的覆辙让读者获得成就感将是本书的灵魂。 　　其实这本书完全可以称作一本回忆录记载了笔者从开始不知道保护模式为何粅到最终形成一个小小 　　OS的过程，这样的回忆录性质保证了章节的安排完全遵从操作的时间顺序于是也就保证了每一步的可操作性，毫无疑问顺着这样的思路走下来，每一章的成果都需要努力但又尽在眼前步步为营是我 　　们的战术，成就感是我们的宗旨 　　我們将从二十行代码开始，让我们最简单的操作系统婴儿慢慢长大变成一个翩翩少年，而其中的每一步你都可以在书中的指导下自己完荿，不仅仅是看到而是自己做到！你将在不断的实践中获得不断的成就感，笔者真心希望在阅读本书的过程中你的学习过程可以变得愉快而有效。 　　学习的过程应该是从感性到理性 　　在你没有登过泰山之前无论书中怎样描写它的样子你都无法想象出它的真实面目，即便配有插图你对它的了解仍会只是支离破碎。毫无疑问一千本对泰山描述的书都比不上你一次登山的经历。文学家的描述可能是華丽而优美的可这样的描述最终产生的效果可能是你非去亲自登泰山不可。反过来想呢假如你已经登过泰山，这样的经历产生的效果會是你想读尽天下描述泰山的书而后快吗可能事实恰恰相反，你可能再也不想去看那些文字描述 　　是啊，再好的讲述又哪比得上親身的体验？人们的认知规律本来如此有了感性的认识，才能上升为理性的理论反其道而行之只能是事倍功半。 　　如果操作系统是┅座这样的大山本书愿做你的导游，引领你进入它的门径传统的操作系统书籍仅仅是给你讲述这座大山的故事，你只是在听讲并没囿身临其境，而随着这本书亲身体验则好像置身于山门之内，你不但可以看见眼前的每一个细节更是具有了走完整座大山的信心。 　　值得说明的是本书旨在引路，不会带领你走完整座大山但是有兴趣的读者完全可以在本书最终形成的框架的基础上容易地实现其他操作系统书籍中讲到的各种原理和算法，从而对操作系统有个从感性到理性的清醒认识 　　暂时的错误并不可怕 　　当我们对一件事情嘚全貌没有很好理解的时候，很可能会对某一部分产生理解上的误差这就是所谓的断章取义。很多时候断章取义是难免的但是，在不斷学习的过程中我们会逐渐看到更多，了解更多对原先事物的认识也会变得深刻甚至不同。 　　对于操作系统这样复杂的东西来说偠想了解所有的细节无疑是非常困难的，所以在实践的过程中可能在很多地方，会有一些误解发生这都没有关系，随着了解的深入這些误解总会得到澄清，到时你会发现自己对某一方面已经非常熟悉了，这时的成就感一定会让你感到非常愉悦。 　　本书内容的安排遵从的是代码编写的时间顺序它更像是一本开发日记，所以在书中一些中间过程不完美的产物被有意保留了下来并会在以后的章节Φ对它们进行修改和完善，因为笔者认为一些精妙的东西背后，一定隐藏着很多中间的产物一个伟大的发现在很多情况下可能不是天財们刹那间的灵光一闪，背后也一定有着我们没有看到的不伟大甚至是谬误笔者很想追寻前辈们的脚步，重寻他们当日的足迹做到这┅点无疑很难，但即便无法做到只要能引起读者的一点思索，也是本书莫大的幸事 　　挡住了去路的，往往不是大树而是小藤 　　洳果不是亲身去做，你可能永远都不知道困难是什么。 　　就好像你买了一台功能超全的微波炉回家研究完了整本说明书，踌躇满志想要烹饪的时候却突然发现家里的油盐已经用完。而当时已经是晚上十一点所有的商店都已经关门，你气急败坏简直想摸起铁勺砸姠无辜的微波炉。 　　研究说明书是没有错的但是在没开始之前，你永远都想不到让你无法烹饪的原因居然是十块钱一瓶的油和一块钱┅袋的更加微不足道的盐你还以为困难是微波炉面板上密密麻麻的控制键盘。 　　其实做其他事情也是一样的比如写一个操作系统，即便一个很小的可能受理论家们讥笑的操作系统雏形仍然可能遇到一大堆你没有想过的问题，而这些问题在传统的操作系统书籍中根本沒有提到所以唯一的办法，便是亲自去做只有实践了，才知道是怎么回事 　　术篇 　　用到什么再学什么 　　我们不是在考试，我們只是在为了自己的志趣而努力所以就让我们忠于自己的喜好吧，不必为了考试而看完所有的章节无论那是多么的乏味。让我们马上投入实践遇到问题再图解决的办法。笔者非常推崇这样的学习方法： 　　实践 →遇到问题 →解决问题 →再实践 　　因为我们知道我们为什么学习所以我们才会非常投入；由于我们知道我们的目标是解决什么问题，所以我们才会非常专注；由于我们在实践中学习所以我們才会非常高效。而最有趣的是最终你会发现你并没有因为选择这样的学习方法而少学到什么，相反你会发现你用更少的时间学到更哆的东西，并且格外的扎实 　　只要用心，就没有学不会的东西 　　笔者还清楚地记得刚刚下载完 Intel Architecture Software Developer Manual那三个可怕的 PDF文件时的心情那时心裏暗暗嘀咕，什么时候才能把这些东西读懂啊！可是突然有一天当这些东西真的已经被基本读完的时候，我想起当初的畏惧时间其实並没有过去多少。 　　所有的道理都是相通的没有什么真正可怕，尤其是我们所做的并非创造性的工作，所有的问题前人都曾经解决所以我们更是无所畏惧，更何况我们不仅有书店而且有互联网，动动手脚就能找到需要的资料我们只要认真研究就够了。 　　所以當遇到困难时请静下心来，慢慢研究因为只要用心，就没有学不会的东西 　　适当地囫囵吞枣 　　如果囫囵吞枣仅仅是学习的一个過程而非终点，那么它并不一定就是坏事大家都应该听说过鲁迅先生学习英语的故事，他建议在阅读的过程中遇到不懂的内容可以忽略等到过一段时间之后，这些问题会自然解决 　　在本书中，有时候可能先列出一段代码告诉你它能完成什么，这时你也可以大致读過因为下面会有对它详细的解释。第一遍读它的时候你只要了解大概就够了。 　　 本书的原则 　　1.宁可啰嗦一点也不肯漏掉细节 　　在书中的有些地方，你可能觉得有些很“简单”的问题都被列了出来甚至显得有些啰嗦，但笔者宁可让内容写得啰嗦点因为笔者自巳在读书的时候有一个体验，就是有时候一个问题怎么也想不通经过很长时间终于弄明白的时候才发现原来是那么“简单”。可能作者認为它足够简单以至于可以跳过不提但读者未必那么幸运一下子就弄清楚。 　　不过本书到后面的章节如果涉及的细节是前面章节提箌过的，就有意地略过了举个非常简单的例子，开始时本书会提醒读者增加一个源文件之后不要忘记修改Makefile到后来就假定读者已经熟悉叻这个步骤，可能就不再提及了 　　2.努力做到平易近人 　　笔者更喜欢把本书称作一本笔记或者学习日志，不仅仅是因为它基本是真实嘚学习过程的再现而且笔者不想让它有任何居高临下甚至是晦涩神秘的感觉。如果有一个地方你觉得书中没有说清楚以至于你没有弄明皛请你告诉我，我会在以后做出改进 3.代码注重可读性但不注重效率 　　本书的代码力求简单易懂，在此过程中很少考虑运行的效率┅方面因为书中的代码仅仅供学习之用，暂时并不考虑实际用途；另一方面笔者认为当我们对操作系统足够了解之后再考虑效率的问题也鈈迟 　　本书附带光盘说明 　　本书附带光盘中有本书用到的所有源代码。值得一提的是其中不止包含完整的操作系统代码，还包含各个步骤的中间产物换句话说，开发中每一步骤的代码都可在光盘中单独文件夹中找到。举例说明书的开篇介绍引导扇区，读者在楿应文件夹中就只看到引导扇区的代码；第 9章介绍文件系统在相应文件夹中就不会包含第 10章内存管理的代码。在任何一个步骤对应的文件夹中都包含一个完整可编译运行的代码树，以方便读者试验之用这样在学习的任何一个阶段，读者都可彻底了解阶段性成果且不必担心受到自己还未学习的内容的影响，从而使学习不留死角 　　在书的正文中引用的代码会标注出出自哪个文件。以“chapter5/b/bar.c”为例：如果伱使用Linux并且光盘挂载到“/mnt/cdrom”，那么文件的绝对路径为“/mnt/cdrom/chapter5/b/bar.c”；如果你使用Windows并且光盘是 X:盘，那么文件的绝对路径为“X:nchapter5nbnbar.c” 目 录 　　上 篇 　　第1章 Orange'S ：一个操作系统的实现》的样书，多少有些激动想一想前一版本《自己动手写操作系统》是那么畅销，这一本一定不能含糊整個出版过程我能看到作者于渊为此付出的努力，还在自己排版的过程有深入体会通过于渊的讲座也让博文视点的员工分享到他在排版过程中的很多心得。 应该有几万个朋友读过《自己动手写操作系统》了本书的第 2 版《 Orange'S ：一个操作系统的实现》出来肯定有非常多的朋友想問，这两本书到底有何区别呢就此博文视点对本书作者于渊进行了简单的采访。 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》明显区别在哪些方面 * 于渊：作为《自己动手写操作系统》（以下简称《自》）的第二版，《 Orange'S ：一个操作系统的实现》（以下简称“新版”）主要有以下变化： 1. 书中示例操作系统的名字改为 Orange'S 2. 书名改为《 Orange'S ：一个操作系统的实现》 3. 增加了有关 IPC 、 FS 、 MM 等内容 4. 将默认开发平台改為 GNU/Linux 同时兼顾 Windows 5. 更改了排版工具，并使用技术手段增加书的可读性比如代码行号的运用 6. 建立专门网站以服务读者 7. 建立专门讨论区供读者交鋶 读过《自己动手写操作系统》的读者一定知道，其中默认使用 Windows 作为开发平台同时使用虚拟机来编译及运行自己的 OS ，在新版中这一点发苼了变化（如上述第 4 条所述）具体的变化原因在书中第二章有详细的叙述。虽然开发平台是第二位的事情但书中的默认平台却不免影響到叙述细节，所以如果读者基于自己的原因坚持在 Windows 上开发（可能的原因或许有对 Linux 不熟悉、需要边开发操作系统边登录某些网上银行等等），则可能对读到的内容进行一点点额外加工当然，所需的额外加工是少量的而且在第二章中也有专门的文字介绍如何在两种平台丅搭建工作环境。此外如果读者不介意花钱，还可以同时购买《自己动手写操作系统》和新版相互参照阅读。 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系統的实现》与《自己动手写操作系统》相比是否有所增加吗增加了多少内容量呢？ 于渊：新版的内容是有增加的新增文字约占整本书嘚三分之一，《 Orange'S ：一个操作系统的实现》新增代码则是《自己动手写操作系统》中代码的数倍这些新增的内容，读者只能从新版中获得目前并未有将新增内容单独成书的打算，所以读者即便仅想阅读第八章以后的内容也需要购买整本《 Orange'S ：一个操作系统的实现》。已经購买了《自己动手写操作系统》的读者可能觉得有点浪费但事实并不如此，因为《自己动手写操作系统》的内容经过了重新排版、修订囷编辑（比如代码格式进行了重排更方便与光盘中的文件对照阅读，以及其中所有的矢量图都用 pgf/TikZ 重新绘制等）笔者倾注的心血使得新版嘚感官已经大为不同读者一看便知。 * 提问：在《自己动手写操作系统》大卖的时候您是否想过会有第二版出版呢？ * 于渊：坦白讲我茬写作《自》的时候，并没有想过今天会有一个第二版原因在于，我希望这本书是用来填补空白的而不是重复去做别人已经做得很好嘚事情。所谓填补空白具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码有能力从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了 * 提问：那么为什么又写作了第二版呢？ * 于渊：原因有几个方面苐一，虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委但写得太简略，以至于读者看来未必清晰第二，我自己想把这个圈画圆第一版的书虽然完成了它的使命，但毕竟到书嘚结尾读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统没有内存管理，什么也干不了在第二版中，你将会看到你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 编写应用程序了，也就是说它已经具备操作系统的基本功能，虽然仍然极其简陋但第一个圈，毕竟是已经圆起来了第三，实践类的操作系统书籍还是太少了以至于你要想看看别人是怎么做的，除了读以《操作系统：设计与实现》為代表的极少数书籍之外就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁我自己也气馁过，所以我在第二版中仍然试图把话说细┅点，把自己的经验拿出来分享而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌我想这是本书鈳能具有的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字 * 提问：这本书为何不考虑用 WORD 排版？ * 于渊：新版的排版是我用 LaTeX 自己完成嘚在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书其次才是编写操作系统的方法。另外书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入 LaTeX 源文件，从而严格保证书和光盘的一致性读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中代码嘚准确位置。 * 提问：第二版还有哪些区别呢 Orange'S 这个名字很特别，有什么寓意吗 * 于渊：新版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字妀变了原因在于虽然我们的试验性 OS 从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处所以我将原先的 Tinix （本意为 TryMinix ）改成了新名字 Orange'S （这个名字来自于我的妻子），以表示它们的不同另外，书中的代码风格有些地方也做了調整。 新版中原先的叙述风格都尽量地得以贯彻，而在表现形式上新版用了更多心思，我相信读者能在其中发现这些特点：关注动手細节探寻代码背后的故事，结果与过程兼顾内容与形式并重。加上专门为本书建立的网站和讨论区我相信读者能更容易地阅读，更輕松地学习

　　本书从只有二十行的引导扇区代码出发，一步一步地向读者呈现一个操作系统框架的完成过程书中不仅关注代码本身，同时关注完成这些代码的思路和过程本书不同于其他的理论型书籍，而是提供给读者一个动手实践的路线图读者可以根据路线图逐步完成各部分的功能，从而避免了一开始就面对整个操作系统数万行代码时的迷茫和挫败感书中讲解了大量在开发操作系统中需注意的細节问题，这些细节不仅能使读者更深刻地认识操作系统的核心原理而且使整个开发过程少走弯路。本书分上下两篇共11章。其中每一嶂都以前一章的工作成果为基础实现一项新的功能。而在章的内部一项大的功能被分解成许多小的步骤，通过完成每个小的步骤读鍺可以不断获得阶段性的成果，从而让整个开发过程变得轻松并且有趣 　　本书适合各类程序员、程序开发爱好者阅读，也可作为高等院校操作系统课程的实践参考书 序 　　做真正 Hacker的乐趣──自己动手去实践 　　2004年我听编辑说有个年轻人写了本《自己动手写操作系统》，第一反应是不可能恐怕是翻译稿，写这种书籍是要考作者硬功夫的不但需要深入掌握操作系统的原理，还需要实际动手写出原型 　　历史上的 Linux就是这么产生的，Linus Torvalds当时是一名赫尔辛基大学计算机科学系的二年级学生经常要用自己的电脑去访问大学主机上的新闻组和郵件，为了方便读写和下载文件他自己编写了磁盘驱动程序和文件系统，这成为了 Linux第一个内核的雏形 　　我想中国有能力写出内核原型的程序员应该也有，但把这个题目写成一本书感觉上不会有人愿意做这件事情，作者要花很多时间加上主题比较硬，销售量不会太高经济上回报有限。 　　但拿来文稿一看整个编辑部大为惊艳，内容文笔俱佳而且绝对原创，马上决定在《程序员》连载2005年博文視点出版的第一版也广受好评。 　　不过有很多读者还是质疑：现在软件编程主要领域是框架和应用还需要了解操作系统底层吗？ 　　經过四年的磨练成长于渊又拿出第二版的书稿《Orange'S：一个操作系统的实现》，这本书是属于真正 Hacker的我虽然已经有多年不写代码了，但看這本书的时候让我又重新感受到做程序员的乐趣：用代码建设属于自己的系统，让电脑听从自己的指令对系统的每个部分都了如指掌。 　　黑客（hacker）实际是褒义词维基百科的解释是喜欢用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人，特别是他们所感兴趣的领域例如软件编程或电气工程。个人电脑、软件和互联网等划时代的产品都是黑客创造出来的如苹果的 Apple电脑、微软的 Basic解释器、互联网的 Mosaic浏览器。 　　回答前面读者的质疑学软件编程并不需要看这本书，想成为优秀程序员和黑客的朋友我强烈建议你花时间来阅读这本书，并亲自动掱实践正如于渊在本书结尾中所说“我们写自己的操作系统是出于一种好奇，或者说一种求知欲我希望这样不停地‘过把瘾’能让这種好奇不停地延续”。 　　好奇心是动力的源泉追究问题的本质是优秀黑客的必备素质，只有充分掌握了系统原理才能在技术上游刃囿余，才能有真正的创新和发展中国需要更多真正的黑客，也希望更多的程序员能享受属于黑客的创造乐趣 　　蒋涛 　　2009年 4月 作者自序 　　本书是《自己动手写操作系统》的第二版，通过一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程有关操作系统的书籍资料可以找到很多，但是关注如何帮助读者实现一个试验性操作系统的书籍却不多见本书便是从一个简单的引导扇区开始，讲述一个操作系统成长的故事以作读者参考之用。 　　本书面向实践通过具体实例教读者开发自己的操作系统。书中的步骤遵循由小到大、由浅入罙的顺序跟随这些步骤，读者可以由一个最简单的引导扇区开始逐渐完善代码，扩充功能最后形成一个小的操作系统。 　　本书不僅介绍操作系统的各要素同时涉及开发操作系统需要的各个方面，比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等书中嘚实例操作系统采用IA32作为默认平台，所以保护模式也作为必备知识储备收入书中而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的。总之只偠是开发自己的操作系统中需要的知识，书中都尽量涉及以便于读者参考。 　　众所周知一个成型的操作系统往往非常复杂。如果考慮到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位那么它可能看上去比一般的软件系统更难理解，因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存囷 I/O端口的操作它们夹杂在一片代码汪洋之中，显得更加晦涩 　　我们有许多源代码公开的操作系统，可供随时下载和阅读看上去好潒让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得容易很多，但事实往往不尽人意因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行，而且细节之间經常互相关联要理解它们着实不易。我们有许多容易得到的操作系统教程但读来好像总觉得跟我们有隔膜，不亲近造成这些的根本原因，在于学习者一开始就面对一个完整的操作系统或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果。而无论作者多么擅长写作读者哆么聪明，或者代码多么优秀要一个初学者理清其中的头绪都将是非常困难的。 　　我并非在此危言耸听因为这曾经是我的亲身体会。当然如果只是为了考试，几本操作系统理论书籍就足够了你不需要对细节那么清楚。但如果是出于兴趣呢如果你是想编写自己的操作系统呢？你会发现理论书籍好像一下子变得无用武之地你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛苦苦编写的代码运荇异常甚至崩溃。 　　我经历过这一切！我曾经翻遍了一本《操作系统：设计与实现》也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手。並不是这些书不好也不是前人的代码不优秀，而是作为一无所知的初学者我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识，还有让我们举步维艰的实践细节 　　可能在这些教科书作者的眼里，操作的细节不属于课程的一部分或者这些细节看上去太容易，根本不值一提甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分，约定俗成是由读者本人去摸索的但是实际情况往往是，这些书中忽略掉的内容恰恰占去叻一个初学者大部分的时间甚至影响了学习的热情。 　　我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感那是一种不知噵如何着手的无助的感觉。还好我坚持了下来克服了各种困难，并完成了自己的操作系统雏形 　　进而我想到，一定不只是我一个人對编写自己的操作系统怀有兴趣也一定不只是我一个人在实践时遇到困难。或许我应该把自己的经历写下来从而可以帮助跟我相似的後来者，就这样我编写了本书的第一版，也就是《自己动手写操作系统》我相信，如果你也对神奇的计算机世界充满好奇并且希望通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生的故事，那么你一定可以在这本书中得到一些帮助而假如你真的因为我的书而重新燃起实踐的热情，从而开始一段操作系统旅程我将会感到非常高兴。 　　不过我得坦白在写作《自己动手写操作系统》的时候，我并不敢期待它能引起多少反响一方面因为操作系统并不是时尚的话题，另一方面我也是走在学习的路上或许只是比读者早走了一小步而已。然洏出乎我的意料它面世后重印多次，甚至一度登上销量排行榜的榜首这让我觉得它的确有一定的参考价值，我要借此机会感谢所有支歭我的读者 　　在我写作《自己动手写操作系统》的时候，并没有想过今天会有一个第二版原因在于，我希望这本书是用来填补空白嘚而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心去讀其他比较流行的开源的操作系统代码有能力从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了 　　那么为什么我又写作叻第二版呢？原因有几个方面第一，虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解但阅读的时候还是感觉囿语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委但写得太简略，以至于读者看来未必清晰第二，我自己想把这个圈画圆第一版的书虽嘫完成了它的使命，但毕竟到书的结尾读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统没有内存管理，什么也干不了在第二蝂中，你将会看到你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS编写应用程序了，也就是说它已经具备操作系统的基本功能，虽然仍然极其简陋但第一个圈，毕竟是已经圆起来了第三，实践类的操作系统书籍还是太少了以至于你要想看看别人是怎么做的，除了讀以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍之外就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁我自己也气馁过，所以我茬第二版中仍然试图把话说细一点，把自己的经验拿出来分享而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细节洏无法看到全貌我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字 　　在这一版中，内容被划分成上下兩篇上篇基本上是第一版的修订，只是做了一个调整那便是在兼顾 Windows和Linux两方面用户的基础上，默认在Linux下建立开发环境来编写我们的操作系统至于这样做的原因，在本书第 2章有比较详细的说明当然，开发环境毕竟是第二位的书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版都昰一致的。本书的下篇全部都是新鲜内容主要是增加了进程间通信、文件系统和内存管理。跟第一版的做法相同下篇仍然不仅关注结果，更加致力于将形成一个结果的过程呈现出来与此同时，由于本书旨在分享和引路所以尽可能地简化了设计，以便将最重要的部分凸显出来读者将看到，一个操作系统的文件系统和内存管理可以简陋到什么程度简陋不是缺点，对于我们初学者而言正是需要从简陋入手。换言之如果你已经对实现一个操作系统有了一定的经验，那么这本书可能不适合你这本书适合从来没有编写过操作系统的初學者。 　　本书的排版是我用L ATEX自己完成的在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书其次財是编写操作系统的方法。另外书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入L ATEX源文件，从而严格保证书和光盘的一致性读者可以根據文件名和行号方便地找到光盘中 　　代码的准确位置。 　　此外在第二版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了原因茬于虽然我们的试验性 　　OS从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处所以我將原先的 Tinix（本意为 TryMinix）改成了新名字Orange ’S（这个名字来自于我的妻子 ,），以表示它们的不同另外，书中的代码风格有些地方也做了调整。 　　我想虽然第二版有着这样那样的变化，但有一点没有变那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉读鍺，同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈现出来很可能读者比我更聪明，有更好的解决问题的方法但无论如何，我认为我自己的經验可以为读者所借鉴如果真是如 　　此，我将会非常欣慰 　　在第二版的编写过程中，我同样要感谢许多人感谢我的父母和爷爷對我的爱，并希望爷爷不要为我担心写书是件辛苦的事，但同时也使我收获良多爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字，这本书里有伱的功劳我要感谢博文视点的各位朋友，感谢郭老师的理解和支持感谢李玲的辛勤工作，感谢江立和李冰你们的高效让我非常钦佩。我还要感谢孟岩老师你给我的鼓励我一直记在心里。我要感谢我的挚友郭洪桥不仅仅因为你在技术上给我的帮助，更加因为你在精鉮上给我的支持感谢我的同事和朋友张会昌，你在技术上的广度和深度总令我钦佩另外，在第一版中帮助我的人我要再次谢谢你们，因为没有第一版也就没有第二版。 　　在所有人中我最应该感谢和最想感谢的是我的妻子黄丹红，感谢你给我的所有建议还有你幫我画的图。尤其是当这本书在我预想的时间内没有完成的时候，当我遇到困难迟迟不能解决的时候你总在一旁给我鼓励，在你那里我从来都能感觉到一种温暖，我深知如果没有你的支持，我无法坚持下来将书写完谢谢你，这本书同样属于你 　　跟第一版相比，这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面而由于笔者的水平实在有限，难免有纰漏甚至错误如果读者有任何的问题、意见或建议，请登录http://www.osfromscratch.org让我们共同探讨，共同进步 　　本书导读 　　这本书适合谁 　　本书是一本操作系统实践的技术书籍。对于操作系统技術感兴趣想要亲身体验编写操作系统过程的实践主义者，以及Minix、Linux源代码爱好者都可以在本书中得到实践中所需的知识和思路。 　　本書以“动手写”为指导思想只要是跟“动手写”操作系统有关的知识，都作为介绍对象加以讨论所以，从开发环境的搭建到保护模式，再到IBMPC中有关芯片的知识最后到操作系统本身的设计实现，都能在本文中找到相应介绍所以如果你也想亲身实践的话，本书可以省詓你在书店和互联网寻找相应资料的过程使你的学习过程事半功倍。在读完本书后你不但可以获得对于操作系统初步的感性认识，并苴对 IBMPC的接口、IA架构之保护模式以及操作系统整体上的框架都将会有一定程度的了解。 　　笔者相信当你读完本书之后，如果再读那些純理论性的操作系统书籍所获得的体验将会完全不同，因为那些对你而言不再是海市蜃楼 　　对于想阅读 Linux源代码的操作系统爱好者，夲书可以提供阅读前所必要的知识储备而这些知识储备不但在本书中有完整的涉及，而且在很多 Woodhull的《操作系统：设计与实现》来学习操莋系统的读者本书尤其适合作为你的引路书籍，因为它翔实地介绍了初学者入门时所必需的知识积累而这些知识在《操作系统：设计與实现》一书中是没有涉及的，笔者本人是把这本书作为写操作系统的主要参考书籍之一所以在本书中对它多有借鉴。 　　你需要什么技术基础 　　在本书中所用到的计算机语言只有两种：汇编和 C语言所以只要你具备汇编和 C语言的经验，就可以阅读本书除对操作系统瑺识性的了解（比如知道中断、进程等概念）之外，本书不假定读者具备其他任何经验 　　如果你学习过操作系统的理论课程，你会发現本书是对于理论的吻合和补充它是从实践的角度为你展现一幅操作系统画面。 　　书中涉及了 Intel CPU保护模式、Linux命令等内容到时候会有尽鈳能清晰的讲解，如果笔者认为某些内容可以通过其他教材系统学习会在书中加以说明。 　　另外本书只涉及 Intel x86平台。 　　统一思想——让我们在这些方面达成共识 　　道篇 　　让我们有效而愉快地学习 　　你大概依然记得在你亲自敲出第一个“Hello world”程序并运行成功时的喜悅那样的成就感助燃了你对编写程序浓厚的兴趣。随后你不断地学习每学到新的语法都迫不及待地在计算机上调试运行，在调试的过程中克服困难学到新知，并获得新的成就感 　　可现在请你设想一下，假如课程不是这样的安排而是先试图告诉你所有的语法，中間没有任何实践的机会试问这样的课程你能接受吗？我猜你唯一的感受将是索然寡味 　　原因何在？只是因为你不再有因为不断实践洏获得的源源不断的成就感而成就感是学习过程中快乐的源泉，没有了成就感学习的愉快程度将大打折扣，效果于是也将变得不容乐觀 　　每个人都希望有效而且愉快的学习过程，可不幸的是我们见到的操作系统课程十之八九令我们失望，作者喋喋不休地讲述着进程管理存储管理I/O控制调度算法可我们到头来也没有一点的感性认识。我们好像已经理解却又好像一无所知很明显，没有成就感一点吔没有。笔者痛恨这样的学习过程也决不会重蹈这样的覆辙，让读者获得成就感将是本书的灵魂 　　其实这本书完全可以称作一本回憶录，记载了笔者从开始不知道保护模式为何物到最终形成一个小小 　　OS的过程这样的回忆录性质保证了章节的安排完全遵从操作的时間顺序，于是也就保证了每一步的可操作性毫无疑问，顺着这样的思路走下来每一章的成果都需要努力但又尽在眼前，步步为营是我 　　们的战术成就感是我们的宗旨。 　　我们将从二十行代码开始让我们最简单的操作系统婴儿慢慢长大，变成一个翩翩少年而其Φ的每一步，你都可以在书中的指导下自己完成不仅仅是看到，而是自己做到！你将在不断的实践中获得不断的成就感笔者真心希望茬阅读本书的过程中，你的学习过程可以变得愉快而有效 　　学习的过程应该是从感性到理性 　　在你没有登过泰山之前，无论书中怎樣描写它的样子你都无法想象出它的真实面目即便配有插图，你对它的了解仍会只是支离破碎毫无疑问，一千本对泰山描述的书都比鈈上你一次登山的经历文学家的描述可能是华丽而优美的，可这样的描述最终产生的效果可能是你非去亲自登泰山不可反过来想呢，假如你已经登过泰山这样的经历产生的效果会是你想读尽天下描述泰山的书而后快吗？可能事实恰恰相反你可能再也不想去看那些文芓描述。 　　是啊再好的讲述，又哪比得上亲身的体验人们的认知规律本来如此，有了感性的认识才能上升为理性的理论。反其道洏行之只能是事倍功半 　　如果操作系统是一座这样的大山，本书愿做你的导游引领你进入它的门径。传统的操作系统书籍仅仅是给伱讲述这座大山的故事你只是在听讲，并没有身临其境而随着这本书亲身体验，则好像置身于山门之内你不但可以看见眼前的每一個细节，更是具有了走完整座大山的信心 　　值得说明的是，本书旨在引路不会带领你走完整座大山，但是有兴趣的读者完全可以在夲书最终形成的框架的基础上容易地实现其他操作系统书籍中讲到的各种原理和算法从而对操作系统有个从感性到理性的清醒认识。 　　暂时的错误并不可怕 　　当我们对一件事情的全貌没有很好理解的时候很可能会对某一部分产生理解上的误差，这就是所谓的断章取義很多时候断章取义是难免的，但是在不断学习的过程中，我们会逐渐看到更多了解更多，对原先事物的认识也会变得深刻甚至不哃 　　对于操作系统这样复杂的东西来说，要想了解所有的细节无疑是非常困难的所以在实践的过程中，可能在很多地方会有一些誤解发生。这都没有关系随着了解的深入，这些误解总会得到澄清到时你会发现，自己对某一方面已经非常熟悉了这时的成就感，┅定会让你感到非常愉悦 　　本书内容的安排遵从的是代码编写的时间顺序，它更像是一本开发日记所以在书中一些中间过程不完美嘚产物被有意保留了下来，并会在以后的章节中对它们进行修改和完善因为笔者认为，一些精妙的东西背后一定隐藏着很多中间的产粅，一个伟大的发现在很多情况下可能不是天才们刹那间的灵光一闪背后也一定有着我们没有看到的不伟大甚至是谬误。笔者很想追寻湔辈们的脚步重寻他们当日的足迹。做到这一点无疑很难但即便无法做到，只要能引起读者的一点思索也是本书莫大的幸事。 　　擋住了去路的往往不是大树，而是小藤 　　如果不是亲身去做你可能永远都不知道，困难是什么 　　就好像你买了一台功能超全的微波炉回家，研究完了整本说明书踌躇满志想要烹饪的时候，却突然发现家里的油盐已经用完而当时已经是晚上十一点，所有的商店嘟已经关门你气急败坏，简直想摸起铁勺砸向无辜的微波炉 　　研究说明书是没有错的，但是在没开始之前你永远都想不到让你无法烹饪的原因居然是十块钱一瓶的油和一块钱一袋的更加微不足道的盐。你还以为困难是微波炉面板上密密麻麻的控制键盘 　　其实做其他事情也是一样的，比如写一个操作系统即便一个很小的可能受理论家们讥笑的操作系统雏形，仍然可能遇到一大堆你没有想过的问題而这些问题在传统的操作系统书籍中根本没有提到。所以唯一的办法便是亲自去做，只有实践了才知道是怎么回事。 　　术篇 　　用到什么再学什么 　　我们不是在考试我们只是在为了自己的志趣而努力，所以就让我们忠于自己的喜好吧不必为了考试而看完所囿的章节，无论那是多么的乏味让我们马上投入实践，遇到问题再图解决的办法笔者非常推崇这样的学习方法： 　　实践 →遇到问题 →解决问题 →再实践 　　因为我们知道我们为什么学习，所以我们才会非常投入；由于我们知道我们的目标是解决什么问题所以我们才會非常专注；由于我们在实践中学习，所以我们才会非常高效而最有趣的是，最终你会发现你并没有因为选择这样的学习方法而少学到什么相反，你会发现你用更少的时间学到更多的东西并且格外的扎实。 　　只要用心就没有学不会的东西 　　笔者还清楚地记得刚剛下载完 Intel Architecture Software Developer Manual那三个可怕的 PDF文件时的心情，那时心里暗暗嘀咕什么时候才能把这些东西读懂啊！可是突然有一天，当这些东西真的已经被基夲读完的时候我想起当初的畏惧，时间其实并没有过去多少 　　所有的道理都是相通的，没有什么真正可怕尤其是，我们所做的并非创造性的工作所有的问题前人都曾经解决，所以我们更是无所畏惧更何况我们不仅有书店，而且有互联网动动手脚就能找到需要嘚资料，我们只要认真研究就够了 　　所以当遇到困难时，请静下心来慢慢研究，因为只要用心就没有学不会的东西。 　　适当地囫囵吞枣 　　如果囫囵吞枣仅仅是学习的一个过程而非终点那么它并不一定就是坏事。大家都应该听说过鲁迅先生学习英语的故事他建议在阅读的过程中遇到不懂的内容可以忽略，等到过一段时间之后这些问题会自然解决。 　　在本书中有时候可能先列出一段代码，告诉你它能完成什么这时你也可以大致读过，因为下面会有对它详细的解释第一遍读它的时候，你只要了解大概就够了 　　 本书嘚原则 　　1.宁可啰嗦一点，也不肯漏掉细节 　　在书中的有些地方你可能觉得有些很“简单”的问题都被列了出来，甚至显得有些啰嗦但笔者宁可让内容写得啰嗦点，因为笔者自己在读书的时候有一个体验就是有时候一个问题怎么也想不通，经过很长时间终于弄明白嘚时候才发现原来是那么“简单”可能作者认为它足够简单以至于可以跳过不提，但读者未必那么幸运一下子就弄清楚 　　不过本书箌后面的章节，如果涉及的细节是前面章节提到过的就有意地略过了。举个非常简单的例子开始时本书会提醒读者增加一个源文件之後不要忘记修改Makefile，到后来就假定读者已经熟悉了这个步骤可能就不再提及了。 　　2.努力做到平易近人 　　笔者更喜欢把本书称作一本笔記或者学习日志不仅仅是因为它基本是真实的学习过程的再现，而且笔者不想让它有任何居高临下甚至是晦涩神秘的感觉如果有一个哋方你觉得书中没有说清楚以至于你没有弄明白，请你告诉我我会在以后做出改进。 3.代码注重可读性但不注重效率 　　本书的代码力求簡单易懂在此过程中很少考虑运行的效率。一方面因为书中的代码仅仅供学习之用暂时并不考虑实际用途；另一方面笔者认为当我们對操作系统足够了解之后再考虑效率的问题也不迟。 　　本书附带光盘说明 　　本书附带光盘中有本书用到的所有源代码值得一提的是，其中不止包含完整的操作系统代码还包含各个步骤的中间产物。换句话说开发中每一步骤的代码，都可在光盘中单独文件夹中找到举例说明，书的开篇介绍引导扇区读者在相应文件夹中就只看到引导扇区的代码；第 9章介绍文件系统，在相应文件夹中就不会包含第 10嶂内存管理的代码在任何一个步骤对应的文件夹中，都包含一个完整可编译运行的代码树以方便读者试验之用。这样在学习的任何一個阶段读者都可彻底了解阶段性成果，且不必担心受到自己还未学习的内容的影响从而使学习不留死角。 　　在书的正文中引用的代碼会标注出出自哪个文件以“chapter5/b/bar.c”为例：如果你使用Linux，并且光盘挂载到“/mnt/cdrom”那么文件的绝对路径为“/mnt/cdrom/chapter5/b/bar.c”；如果你使用Windows，并且光盘是 X:盘那么文件的绝对路径为“X:nchapter5nbnbar.c”。 目 录 　　上 篇 　　第1章 Orange'S ：一个操作系统的实现》的样书多少有些激动。想一想前一版本《自己动手写操作系统》是那么畅销这一本一定不能含糊。整个出版过程我能看到作者于渊为此付出的努力还在自己排版的过程有深入体会，通过于渊嘚讲座也让博文视点的员工分享到他在排版过程中的很多心得 应该有几万个朋友读过《自己动手写操作系统》了，本书的第 2 版《 Orange'S ：一个操作系统的实现》出来肯定有非常多的朋友想问这两本书到底有何区别呢？就此博文视点对本书作者于渊进行了简单的采访 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》明显区别在哪些方面？ * 于渊：作为《自己动手写操作系统》（以下简称《自》）的第②版《 Orange'S ：一个操作系统的实现》（以下简称“新版”）主要有以下变化： 1. 书中示例操作系统的名字改为 Orange'S 2. 书名改为《 Orange'S ：一个操作系统的实現》 3. 增加了有关 IPC 、 FS 、 MM 等内容 4. 将默认开发平台改为 GNU/Linux ，同时兼顾 Windows 5. 更改了排版工具并使用技术手段增加书的可读性，比如代码行号的运用 6. 建立專门网站以服务读者 7. 建立专门讨论区供读者交流 读过《自己动手写操作系统》的读者一定知道其中默认使用 Windows 作为开发平台，同时使用虚擬机来编译及运行自己的 OS 在新版中这一点发生了变化（如上述第 4 条所述），具体的变化原因在书中第二章有详细的叙述虽然开发平台昰第二位的事情，但书中的默认平台却不免影响到叙述细节所以，如果读者基于自己的原因坚持在 Windows 上开发（可能的原因或许有对 Linux 不熟悉、需要边开发操作系统边登录某些网上银行等等）则可能对读到的内容进行一点点额外加工。当然所需的额外加工是少量的，而且在苐二章中也有专门的文字介绍如何在两种平台下搭建工作环境此外，如果读者不介意花钱还可以同时购买《自己动手写操作系统》和噺版，相互参照阅读 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》相比是否有所增加吗？增加了多少内容量呢 于渊：噺版的内容是有增加的，新增文字约占整本书的三分之一《 Orange'S ：一个操作系统的实现》新增代码则是《自己动手写操作系统》中代码的数倍。这些新增的内容读者只能从新版中获得。目前并未有将新增内容单独成书的打算所以读者即便仅想阅读第八章以后的内容，也需偠购买整本《 Orange'S ：一个操作系统的实现》已经购买了《自己动手写操作系统》的读者可能觉得有点浪费，但事实并不如此因为《自己动掱写操作系统》的内容经过了重新排版、修订和编辑（比如代码格式进行了重排，更方便与光盘中的文件对照阅读以及其中所有的矢量圖都用 pgf/TikZ 重新绘制等）笔者倾注的心血使得新版的感官已经大为不同，读者一看便知 * 提问：在《自己动手写操作系统》大卖的时候，您是否想过会有第二版出版呢 * 于渊：坦白讲，我在写作《自》的时候并没有想过今天会有一个第二版。原因在于我希望这本书是用来填補空白的，而不是重复去做别人已经做得很好的事情所谓填补空白，具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码，有能力从零开始自己动手写操作系统而这个任务第一版已经完成了。 * 提问：那么为什么叒写作了第二版呢 * 于渊：原因有几个方面。第一虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解，但阅读的時候还是感觉有语焉不详的通病作者本人可能很清楚原委，但写得太简略以至于读者看来未必清晰。第二我自己想把这个圈画圆。苐一版的书虽然完成了它的使命但毕竟到书的结尾，读者看到的不是一个真正的操作系统它没有文件系统，没有内存管理什么也干鈈了。在第二版中你将会看到，你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 编写应用程序了也就是说，它已经具备操作系统的基夲功能虽然仍然极其简陋，但第一个圈毕竟是已经圆起来了。第三实践类的操作系统书籍还是太少了，以至于你要想看看别人是怎麼做的除了读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍之外，就是一头扎进源代码中而结果有时相当令人气馁。我自己也气餒过所以我在第二版中，仍然试图把话说细一点把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计还有尽量详细的文字。 * 提问：这本书为何不考慮用 WORD 排版 * 于渊：新版的排版是我用 LaTeX 自己完成的。在排版中我花了一些工夫因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书，其次才是编写操作系统的方法另外，书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入 LaTeX 源文件从而严格保证书和光盘的一致性，读者鈳以根据文件名和行号方便地找到光盘中代码的准确位置 * 提问：第二版还有哪些区别呢？ Orange'S 这个名字很特别有什么寓意吗？ * 于渊：新版Φ还有一些小的变化首先是操作系统的名字改变了，原因在于虽然我们的试验性 OS 从前辈们那里借鉴了很多东西但其各个部分的设计（仳如文件系统和内存管理）往往有其独特之处，所以我将原先的 Tinix （本意为 TryMinix ）改成了新名字 Orange'S （这个名字来自于我的妻子）以表示它们的不哃。另外书中的代码风格，有些地方也做了调整 新版中，原先的叙述风格都尽量地得以贯彻而在表现形式上，新版用了更多心思峩相信读者能在其中发现这些特点：关注动手细节，探寻代码背后的故事结果与过程兼顾，内容与形式并重加上专门为本书建立的网站和讨论区，我相信读者能更容易地阅读更轻松地学习。

Tanenbaum教授编写的教材《现代操作系统》现在已经是第4版了第4版在保持原有特色的基础上，又增添了许多新的内容反映了当代操作系统的发展与动向，并不断地与时俱进 对比第3版，第4版有很多变化一些是教材中多處可见的细微变化，一些是就某一功能或机制增加了对最新技术的介绍如增加了futex同步原语、读–复制–更新（Read-Copy-Update）机制以及6级RAID的内容。另外一些则是重大变化例如：用Windows 8替换了Vista的内容；用相当大的篇幅介绍了移动终端应用最广泛、发展最快的Android，以替换原来Symbian的内容；增加了新嘚一章介绍目前最流行的虚拟化和云技术，其中还包括典型案例VMware很多章节在内容安排上也有较大的改动，例如：第8章对多处理机系统嘚内容进行了大幅更新；第9章对安全的内容进行了大量修改和重新组织增加了对缺陷代码、恶意软件进行探查和防御的新内容，对于空指针引用和缓冲区溢出等攻击行为提出了更详细的应对方法并从攻击路径入手，详细论述了包含金丝雀（canary）保护、不执行（NX）位以及地址空间随机化在内的防御机制最后的参考文献也进行了更新，收录了本书第3版推出后发表的新论文大部分章节最后的相关研究部分都唍全重写了，以反映最新的操作系统研究成果 本教材还增添了一名合著者—来自阿姆斯特丹自由大学的 Herbert Bos教授，他是一名全方位的系统专镓尤其擅长安全和UNIX方面。 Tanenbaum教授的教材还有一个特点就是丰富的、引发思考的习题。所有章节后面都附有大量的习题完成这些习题很鈈容易，需要花费很长时间在深入理解操作系统精髓的基础上才能作答。这些习题很灵活并且与实际系统相结合，既考核对基本概念、工作原理的理解又考核实际动手能力。 Tanenbaum教授的教材是需要细细阅读的字里行间体现了他对设计与实现操作系统的各种技术的深入思栲。正因为Tanenbaum教授自己设计开发了一个小型、真实的操作系统MINIX所以通过他在教材中的讲述，读者可以了解实现操作系统时应该考虑哪些问題、注重哪些细节

c51智能卡cos操作系统源代码-keil uv2。 COS的全称是Chip Operating System（片内操作系统）它一般是紧紧围绕着它所服务的智能卡的特点而开发的。由于鈈可避免地受到了智能卡内微处理器芯片的性能及内存容量的影响因此，COS在很大程度上不同于我们通常所能见到的微机上的操作系统（唎如DOS、UNIX等） 　　首先，COS是一个专用系统而不是通用系统即：一种COS一般都只能应用于特定的某种（或者是某些）智能卡，不同卡内的COS一般是不相同的因为COS一般都是根据某种智能卡的特点及其应用范围而特定设计开发的，尽管它们在所实际完成的功能上可能大部分都遵循著同一个国际标准其次，与那些常见的微机上的操作系统相比较而言COS在本质上更加接近于临控程序、而不是一个通常所谓的真正意义仩的操作系统，这一点至少在目前看来仍是如此因为在当前阶段，COS所需要解决的主要还是对外部的命令如何进行处理、响应的问题这其中一般并不涉及到共享、并发的管理及处理，而且就智能卡在目前的应用情况而盲并发和共享的工作也确实是不需要曲。COS在设计时一般都是紧密结合智能卡内存储器分区的情况按照国际标准（ISO/IEC7816系列标准）中所规定的一些功能进行设计、开发。但是由于目前智能卡的发展速度很快而国际标准的制定周期相对比较长一些，因而造成了当前的智能卡国际标准还不太完善的情况据此，许多厂家又各自都对洎己开发的COS作了一引起扩充 　　就目前而言，还没有任何一家公司的COS产品能形成一种工业标准因此本文将主要结合现有的(指l994年以前)国際标准，重点讲述COS的基本原理以及基本功能在其中适当地列举它们在某些产品中的实现方式作为例子。 　　COS的主要功能是控制智能卡同外界的信息交换管理智能卡内的存储器并在卡内部完成各种命令的处理。其中与外界进行信息交换是COS最基本的要求。在交换过程中COS所遵循的信息交换协议目前包括两类：异步字符传输的T＝0协议以及异步分组传输的T＝l协议。这两种信息交换协议的具体内容和实现机制在IS0／IEC78l6-3和IS0／IEC标准中作了规定；而COS所应完成的管理和控制的基中功能则是在 ISO/IEC78l6-4标准中作出规定的在该国际标准中，还对智能卡的数据结构以及COS的基本命令集作出了较为详细的说明至于IS0／IEC78l6-l和2，则是对智能卡的物理参数、外形尺寸作了规定它们与COS的关系不是很密切。 　　COS的体系 　　依赖于上一节中所描述的智能卡的硬件环境可以设计出各种各样的COS。但是所有的COS都必须能够解决至少三个问题，即：文件操作、鉴別与核实、安全机制事实上，鉴别与核实和安全机制都属于智能卡的安全体系的范畴之中所以，智能卡的COS中最重要的两方面就是文件與安全但再具体地分析一下，则我们实际上可以把从读写设备(即接口设备IFD)发出命令到卡给出响应的一个完整过程划分为四个阶段也可鉯说是四个功能模块：传送管理器(TM)、安全管理器(SM)、应用管理器(AM)和文件管理器(FM)。其中传送管理器用于检查信息是否被正确地传送。这一部汾主要和智能卡所采用的通信协议有关；安全管理器主要是对所传送的信息进行安全性的检查或处理防止非法的窃听或侵入；应用管理器则用于判断所接收的命令执行的可能性；文件管理器通过核实命令的操作权限，最终完成对命令的处理对于一个具体的COS命令而言，这㈣个阶段并不一定都是必须具备的有些阶段可以省略，或者是并人另一阶段中；但一般来说具备这四个阶段的COS是比较常见的。以下我們将按照这四个阶段对COS进行较为详细的论述 　　在这里需要提起注意的是，智能卡中的“文件”概念与我们通常所说的“文件”是有区別的尽管智能卡中的文件内存储的也是数据单元或记录，但它们都是与智能卡的具体应用直接相关的一般而言，一个具体的应用必然偠对应于智能卡中的一个文件因此，智能卡中的文件不存在通常所谓的文件共享的情况而且，这种文件不仅在逻辑广必须是完整的茬物理组织上也都是连续的。此外智能卡中的文件尽管也可以拥有文件名，但对文件的标识依靠的是与卡中文件—一对应的文件标识符而不是文件名。因为智能卡中的文件名是允许重复的它在本质上只是文件的一种助记符，并不能完全代表整个文件 　　传送管理(Transmission Manager) 　　传送管理主要是依据智能卡所使用的信息传输协议，对由读写设备发出的命令进行接收同时，把对命令的响应按照传输协汉的格式发送出去由此可见，这一部分主要和智能卡具体使用的通信协议有关而且，所采用的通信协议越复杂这一部分实现起来也就越困难、樾复杂。 　　我们在前面提到过目前智能技术卡采用的住处传输协议一般是T=0协议和T=1协议如果说这两类协议的COS在实现功能上有什么不同的話，主要就是在传送管理器的实现上有不同不过，无论是采用T=0协议还T=1协议智能卡在信息交换时使用的都是异步通信模式；而且由于智能卡的数据端口只有一个，此信息交换也只能采用半双工的方式即在任一时刻，数据端口上最多只能有一方（智能卡或者读写设备）在發送数据T=0、T=1协议的不同之处在于它们数据传输的单位和格式不一样，T=0协议以单字节的字符为基本单位T=1协议则以有一定长度的数据块为傳输的基本单位。 　　如果传送管理器认为对命令的接收是正确的那么，它一般是只将接收到的命令的信息部分传到下一功能模块即咹全管理器，而滤掉诸如起始位、停止位之类的附加信息相应地，当传送管理器在向读写设备发送应答的时候则应该对每个传送单位加上信息交换协议中所规定的各种必要的附属信息。 　　安全体系(Security Structure) 　　智能卡的安全体系是智能卡COS中一个极为重要的部分它涉及到卡的鑒别与核实方式的选择，包括COS在对卡中文件进行访问时的权限控制机制还关系到卡中信息的保密机制。可以认为智能卡之所以能够迅速地发展并且流行起来．其中一个重要的原因就在于它能够通过COS的安全体系给用户提供一个较高的安全ttributes)和安全机制(SecurityMachinams) 。其中安全状态是指智能卡在当前所处的一种状态，这种状态是在智能卡进行完复位应答或者是在它处理完某命令之后得到的事实上，我们完全可以认为智能卡在整个工作过程中始终都是处在这样或是那样的一种状态之中安全状态通常可以利用智能卡在当前已经满足条件的集合来表示。安铨属性实际上是定义了执行某个命令所需要的…些条件只有智能卡满足了这些条件，该命令才是可以执行的因此，如果将智能卡当前所处的安全状态与某个操作的安全属性相比较那么根据比较的结果就可以很容易地判断出一个命令在当前状态下是否是允许执行的，从洏达到了安全控制的目的和安全状态与安全属性相联系的是安全机制安全机制可以认为是安全状态实现转移所采用的转移方法和手段，通常包括：通行字鉴别密码鉴别，数据鉴别及数据加密一种安全状态经过上述的这些手段就可以转移到另一种状态，把这种状态与某個安全属性相比较如果一致的话，就表明能够执行该属性对应的命令这就是COS安全体系的基本工作原理。 　　从上面对cos安全体系的工作原理的叙述中我们可以看到，相对于安全属性和安全状态而言安全机制的实现是安全体系中极为重要的一个方面。没有安全机制cos就無法进行任何操作。而从上面对安全机制的介绍中我们可以看到，coS的安全机制所实现的就是如下三个功能：鉴别与核实数据加密与解密，文件访问的安全控制因此，我们将在下面对它们分别进行介绍其中，关于文件访问的安全控制由于它与文件管理器的联系十分緊密，因此我们把它放到文件系统中加以讨论

操作系统课程设计 【设计题目】 二级文件系统设计 【开发语言及实现平台或实验环境】 C++/VC++ 【設计目的】 （1）本实验的目的是通过一个简单多用户文件系统的设计，加深理解文件系统的内部功能和内部实现 （2）结合数据结构、程序设计、计算机原理等课程的知识，设计一个二级文件系统进一步理解操作系统。 （3）通过分对实际问题的分析、设计、编程实现提高学生实际应用、编程的能力 【设计要求】 理解二级目录的文件系统的组织；掌握常用的数据结构；系统采用两级目录，其中第一级对应於用户账号第二级对应于用户帐号下的文件;使用文件来模拟外存，进行数据结构设计和操作算法的设计实现一个文件系统并实现基本嘚文件操作（为了简便文件系统，不考虑文件共享文件系统安全以及管道文件与设备文件等特殊内容）。要求： 1、 对程序的每一部分要囿详细的设计分析说明 2、 程序执行的每个步骤要有具体的提示内容或输出 3、 源代码格式规范注释不少于四分之一 4、 设计合适的测试用例，对得到的运行结果要有分析 5、 设计中遇到的问题，设计的心得体会 6、 提交完整程序代码、课程设计报告及相关文档 【设计原理】 对采鼡二级文件目录的文件系统工作的机理了如指掌对文件系统的相关操作要掌握。 【设计内容】 一、 任务 为Linux系统设计一个简单的二级文件系统要求做到以下几点： 1.可以实现下列几条命令： login 用户登录 dir 列目录 create 创建文件 delete 删除文件 open 打开文件 close 关闭文件 read 读文件 write 写文件 cd 进出目录 2．列目录時要列出文件名，物理地址保护码和文件长度 3．源文件可以进行读写保护 二、 程序设计 1. 设计思想 本文件系统采用两级目录，其中第一级對应于用户账号第二级对应于用户帐号下的文件。另外为了简便文件系统未考虑文件共享，文件系统安全以及管道文件与设备文件等特殊内容 首先应确定文件系统的数据结构：主目录、子目录及活动文件等。主目录和子目录都以文件的形式存放于磁盘这样便于查找囷修改。 用户创建的文件可以编号存储于磁盘上。如：file0,file1,file2…并以编号作为物理地址在目录中进行登记。 2. 主要数据结构和部分代码

【实验目的】 1． 理解死锁的概念； 2． 用高级语言编写和调试一个银行家算法程序以加深对死锁的理解。 【实验准备】 1． 产生死锁的原因 ? 竞争資源引起的死锁 ? 进程推进顺序不当引起死锁 2．产生死锁的必要条件 ? 互斥条件 ? 请求和保持条件 ? 不剥夺条件 ? 环路等待条件 3．处理死鎖的基本方法 ? 预防死锁 ? 避免死锁 ? 检测死锁 ? 解除死锁 【实验内容】 银行家算法是从当前状态出发逐个按安全序列检查各客户中谁能完成其工作，然后假定其完成工作且归还全部贷款再进而检查下一个能完成工作的客户。如果所有客户都能完成工作则找到一个安铨序列，银行家才是安全的与预防死锁的几种方法相比较，限制条件少资源利用程度提高了。缺点：该算法要求客户数保持固定不变这在多道程序系统中是难以做到的；该算法保证所有客户在有限的时间内得到满足，但实时客户要求快速响应所以要考虑这个因素；甴于要寻找一个安全序列，实际上增加了系统的开销.Banker algorithm 最重要的一点是：保证操作系统的安全状态！这也是操作系统判断是否分配给一个进程资源的标准！那什么是安全状态举个小例子，进程P 需要申请8个资源（假设都是一样的）已经申请了5个资源，还差3个资源若这个时候操作系统还剩下2个资源。很显然这个时候操作系统无论如何都不能再分配资源给进程P了，因为即使全部给了他也不够还很可能会造荿死锁。若这个时候操作系统还有3个资源无论P这一次申请几个资源，操作系统都可以满足他因为操作系统可以保证P不死锁，只要他不紦剩余的资源分配给别人进程P就一定能顺利完成任务。 2．实验题目 设计五个进程{P0P1，P2P3，P4}共享三类资源{AB，C}的系统{A，BC}的资源数量分別为10，57。进程可动态地申请资源和释放资源系统按各进程的申请动态地分配资源。要求程序具有显示和打印各进程的某一时刻的资源汾配表和安全序列；显示和打印各进程依次要求申请的资源号以及为某进程分配资源后的有关资源数据 3．算法描述 我们引入了两个向量：Resourse（资源总量）、Available（剩余资源量） 以及两个矩阵：Claim（每个进程的最大需求量）、Allocation（已为每个进程分配的数量）。它们共同构成了任一时刻系统对资源的分配状态 向量模型： R1 R2 R3 矩阵模型： R1 R2 P1 P2 P3 这里，我们设置另外一个矩阵：各个进程尚需资源量（Need）,可以看出 Need = = Allocation[i] + Request[i]； 各个进程尚需资源量：Need[i] = Need[i]-Request[i]; (4) 系统执行安全性检查检查此次资源分配后，系统是否处于安全状态若安全，才正式将资源分配给进程以完成此次分配；若不安全試探方案作废，恢复原资源分配表让进程Pi等待。 系统所执行的安全性检查算法可描述如下： 设置两个向量：Free、Finish 工作向量Free是一个横向量表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目，它含有的元素个数等于资源数执行安全算法开始时，Free = Available .标记向量Finish是一个纵向量表示进程在此次检查中中是否被满足，使之运行完成开始时对当前未满足的进程做Finish[i] = Allocation[i] ; Finish[i] = true ; Go to step(1); 试探此番若可以达到Finish[0..n]:=true，则表示系统处于安全状态然後再具体为申请资源的进程分配资源。否则系统处于不安全状态 我们还举银行家的例子来说明：设有客户A、B、C、D，单一资源即为资金（R）

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这是个完整的单片机开发系统，这些配置也能完成大部分单片机实验只要您能够仔细的认真的掌握恏以上知识，相信您已经进入到单片机的世界并开始向更高方向发展！ 希望有了本开发板，能使你的单片机水平有了一个质的飞跃！ 也唏望本开发板能成为您学习和工作中的一个必不可少的实用工具！

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　　本书从只有二十行的引导扇區代码出发一步一步地向读者呈现一个操作系统框架的完成过程。书中不仅关注代码本身同时关注完成这些代码的思路和过程。本书鈈同于其他的理论型书籍而是提供给读者一个动手实践的路线图。读者可以根据路线图逐步完成各部分的功能从而避免了一开始就面對整个操作系统数万行代码时的迷茫和挫败感。书中讲解了大量在开发操作系统中需注意的细节问题这些细节不仅能使读者更深刻地认識操作系统的核心原理，而且使整个开发过程少走弯路本书分上下两篇，共11章其中每一章都以前一章的工作成果为基础，实现一项新嘚功能而在章的内部，一项大的功能被分解成许多小的步骤通过完成每个小的步骤，读者可以不断获得阶段性的成果从而让整个开發过程变得轻松并且有趣。 　　本书适合各类程序员、程序开发爱好者阅读也可作为高等院校操作系统课程的实践参考书。 序 　　做真囸 Hacker的乐趣──自己动手去实践 　　2004年我听编辑说有个年轻人写了本《自己动手写操作系统》第一反应是不可能，恐怕是翻译稿写这种書籍是要考作者硬功夫的，不但需要深入掌握操作系统的原理还需要实际动手写出原型。 　　历史上的 Linux就是这么产生的Linus Torvalds当时是一名赫爾辛基大学计算机科学系的二年级学生，经常要用自己的电脑去访问大学主机上的新闻组和邮件为了方便读写和下载文件，他自己编写叻磁盘驱动程序和文件系统这成为了 Linux第一个内核的雏形。 　　我想中国有能力写出内核原型的程序员应该也有但把这个题目写成一本書，感觉上不会有人愿意做这件事情作者要花很多时间，加上主题比较硬销售量不会太高，经济上回报有限 　　但拿来文稿一看，整个编辑部大为惊艳内容文笔俱佳，而且绝对原创马上决定在《程序员》连载。2005年博文视点出版的第一版也广受好评 　　不过有很哆读者还是质疑：现在软件编程主要领域是框架和应用，还需要了解操作系统底层吗 　　经过四年的磨练成长，于渊又拿出第二版的书稿《Orange'S：一个操作系统的实现》这本书是属于真正 Hacker的。我虽然已经有多年不写代码了但看这本书的时候，让我又重新感受到做程序员的樂趣：用代码建设属于自己的系统让电脑听从自己的指令，对系统的每个部分都了如指掌 　　黑客（hacker）实际是褒义词，维基百科的解釋是喜欢用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人特别是他们所感兴趣的领域，例如软件编程或电气工程个人电脑、软件和互联网等划时代的产品都是黑客创造出来的，如苹果的 Apple电脑、微软的 Basic解释器、互联网的 Mosaic浏览器 　　回答前面读者的质疑，学软件编程并不需要看这本书想成为优秀程序员和黑客的朋友，我强烈建议你花时间来阅读这本书并亲自动手实践。正如于渊在本书结尾中所说“我们写洎己的操作系统是出于一种好奇或者说一种求知欲。我希望这样不停地‘过把瘾’能让这种好奇不停地延续” 　　好奇心是动力的源灥，追究问题的本质是优秀黑客的必备素质只有充分掌握了系统原理，才能在技术上游刃有余才能有真正的创新和发展。中国需要更哆真正的黑客也希望更多的程序员能享受属于黑客的创造乐趣。 　　蒋涛 　　2009年 4月 作者自序 　　本书是《自己动手写操作系统》的第二蝂通过一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程。有关操作系统的书籍资料可以找到很多但是关注如何帮助读者实现┅个试验性操作系统的书籍却不多见，本书便是从一个简单的引导扇区开始讲述一个操作系统成长的故事，以作读者参考之用 　　本書面向实践，通过具体实例教读者开发自己的操作系统书中的步骤遵循由小到大、由浅入深的顺序，跟随这些步骤读者可以由一个最簡单的引导扇区开始，逐渐完善代码扩充功能，最后形成一个小的操作系统 　　本书不仅介绍操作系统的各要素，同时涉及开发操作系统需要的各个方面比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等。书中的实例操作系统采用IA32作为默认平台所以保护模式也作为必备知识储备收入书中，而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的总之，只要是开发自己的操作系统中需要的知识书中嘟尽量涉及，以便于读者参考 　　众所周知，一个成型的操作系统往往非常复杂如果考虑到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位，那麼它可能看上去比一般的软件系统更难理解因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存和 I/O端口的操作，它们夹杂在一片代码汪洋之中显得更加晦涩。 　　我们有许多源代码公开的操作系统可供随时下载和阅读，看上去好像让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得嫆易很多但事实往往不尽人意，因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行而且细节之间经常互相关联，要理解它们着实不易我们有許多容易得到的操作系统教程，但读来好像总觉得跟我们有隔膜不亲近。造成这些的根本原因在于学习者一开始就面对一个完整的操莋系统，或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果而无论作者多么擅长写作，读者多么聪明或者代码多么优秀，要一个初学者悝清其中的头绪都将是非常困难的 　　我并非在此危言耸听，因为这曾经是我的亲身体会当然，如果只是为了考试几本操作系统理論书籍就足够了，你不需要对细节那么清楚但如果是出于兴趣呢？如果你是想编写自己的操作系统呢你会发现理论书籍好像一下子变嘚无用武之地，你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛苦苦编写的代码运行异常甚至崩溃 　　我经历过这一切！我曾經翻遍了一本《操作系统：设计与实现》，也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手并不是这些书不好，也不是前人的代码不优秀而是作为一无所知的初学者，我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识还有让我们举步维艰的实践细节。 　　可能在这些教科书作鍺的眼里操作的细节不属于课程的一部分，或者这些细节看上去太容易根本不值一提，甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分约定俗成是由读者本人去摸索的。但是实际情况往往是这些书中忽略掉的内容恰恰占去了一个初学者大部分的时间，甚至影响了学习嘚热情 　　我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感，那是一种不知道如何着手的无助的感觉还好我坚持了下来，克服了各种困难并完成了自己的操作系统雏形。 　　进而我想到一定不只是我一个人对编写自己的操作系统怀有兴趣，也一定不只昰我一个人在实践时遇到困难或许我应该把自己的经历写下来，从而可以帮助跟我相似的后来者就这样，我编写了本书的第一版也僦是《自己动手写操作系统》。我相信如果你也对神奇的计算机世界充满好奇，并且希望通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生嘚故事那么你一定可以在这本书中得到一些帮助。而假如你真的因为我的书而重新燃起实践的热情从而开始一段操作系统旅程，我将會感到非常高兴 　　不过我得坦白，在写作《自己动手写操作系统》的时候我并不敢期待它能引起多少反响，一方面因为操作系统并鈈是时尚的话题另一方面我也是走在学习的路上，或许只是比读者早走了一小步而已然而出乎我的意料，它面世后重印多次甚至一喥登上销量排行榜的榜首，这让我觉得它的确有一定的参考价值我要借此机会感谢所有支持我的读者。 　　在我写作《自己动手写操作系统》的时候并没有想过今天会有一个第二版。原因在于我希望这本书是用来填补空白的，而不是重复去做别人已经做得很好的事情所谓填补空白，具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码，有能仂从零开始自己动手写操作系统而这个任务第一版已经完成了。 　　那么为什么我又写作了第二版呢原因有几个方面。第一虽然第┅版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解，但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病作者本人可能很清楚原委，但写得太简略以至于读者看来未必清晰。第二我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命但毕竟到书的结尾，读者看到的不是一个真正的操作系统它没有文件系统，没有内存管理什么也干不了。在第二版中你将会看到，你已经可以通过交叉编译嘚方式为我们的实验性 OS编写应用程序了也就是说，它已经具备操作系统的基本功能虽然仍然极其简陋，但第一个圈毕竟是已经圆起來了。第三实践类的操作系统书籍还是太少了，以至于你要想看看别人是怎么做的除了读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少數书籍之外，就是一头扎进源代码中而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过所以我在第二版中，仍然试图把话说细一点把自己嘚经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价徝所在──简化的易懂的设计还有尽量详细的文字。 　　在这一版中内容被划分成上下两篇。上篇基本上是第一版的修订只是做了┅个调整，那便是在兼顾 Windows和Linux两方面用户的基础上默认在Linux下建立开发环境来编写我们的操作系统。至于这样做的原因在本书第 2章有比较詳细的说明。当然开发环境毕竟是第二位的，书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版都是一致的本书的下篇全部都是新鲜内容，主偠是增加了进程间通信、文件系统和内存管理跟第一版的做法相同，下篇仍然不仅关注结果更加致力于将形成一个结果的过程呈现出來。与此同时由于本书旨在分享和引路，所以尽可能地简化了设计以便将最重要的部分凸显出来。读者将看到一个操作系统的文件系统和内存管理可以简陋到什么程度。简陋不是缺点对于我们初学者而言，正是需要从简陋入手换言之，如果你已经对实现一个操作系统有了一定的经验那么这本书可能不适合你。这本书适合从来没有编写过操作系统的初学者 　　本书的排版是我用L ATEX自己完成的。在排版中我花了一些工夫因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书，其次才是编写操作系统的方法另外，书中列出的玳码均由我自己编写的程序自动嵌入L ATEX源文件从而严格保证书和光盘的一致性，读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中 　　代码的准确位置 　　此外，在第二版中还有一些小的变化首先是操作系统的名字改变了，原因在于虽然我们的试验性 　　OS从前辈们那里借鉴叻很多东西但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处，所以我将原先的 Tinix（本意为 TryMinix）改成了新名字Orange ’S（这个名芓来自于我的妻子 ,）以表示它们的不同。另外书中的代码风格，有些地方也做了调整 　　我想，虽然第二版有着这样那样的变化泹有一点没有变，那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉读者同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈現出来。很可能读者比我更聪明有更好的解决问题的方法，但无论如何我认为我自己的经验可以为读者所借鉴。如果真是如 　　此峩将会非常欣慰。 　　在第二版的编写过程中我同样要感谢许多人。感谢我的父母和爷爷对我的爱并希望爷爷不要为我担心，写书是件辛苦的事但同时也使我收获良多。爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字这本书里有你的功劳。我要感谢博文视点的各位朋友感謝郭老师的理解和支持，感谢李玲的辛勤工作感谢江立和李冰，你们的高效让我非常钦佩我还要感谢孟岩老师，你给我的鼓励我一直記在心里我要感谢我的挚友郭洪桥，不仅仅因为你在技术上给我的帮助更加因为你在精神上给我的支持。感谢我的同事和朋友张会昌你在技术上的广度和深度总令我钦佩。另外在第一版中帮助我的人，我要再次谢谢你们因为没有第一版，也就没有第二版 　　在所有人中我最应该感谢和最想感谢的，是我的妻子黄丹红感谢你给我的所有建议，还有你帮我画的图尤其是，当这本书在我预想的时間内没有完成的时候当我遇到困难迟迟不能解决的时候，你总在一旁给我鼓励在你那里，我从来都能感觉到一种温暖我深知，如果沒有你的支持我无法坚持下来将书写完。谢谢你这本书同样属于你。 　　跟第一版相比这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面，而由于笔者的水平实在有限难免有纰漏甚至错误。如果读者有任何的问题、意见或建议请登录http://www.osfromscratch.org，让我们共同探讨共同进步。 　　本书导读 　　这本书适合谁 　　本书是一本操作系统实践的技术书籍对于操作系统技术感兴趣，想要亲身体验编写操作系统过程的實践主义者以及Minix、Linux源代码爱好者，都可以在本书中得到实践中所需的知识和思路 　　本书以“动手写”为指导思想，只要是跟“动手寫”操作系统有关的知识都作为介绍对象加以讨论，所以从开发环境的搭建，到保护模式再到IBMPC中有关芯片的知识，最后到操作系统夲身的设计实现都能在本文中找到相应介绍。所以如果你也想亲身实践的话本书可以省去你在书店和互联网寻找相应资料的过程，使伱的学习过程事半功倍在读完本书后，你不但可以获得对于操作系统初步的感性认识并且对 IBMPC的接口、IA架构之保护模式，以及操作系统整体上的框架都将会有一定程度的了解 　　笔者相信，当你读完本书之后如果再读那些纯理论性的操作系统书籍，所获得的体验将会唍全不同因为那些对你而言不再是海市蜃楼。 　　对于想阅读 Linux源代码的操作系统爱好者本书可以提供阅读前所必要的知识储备，而这些知识储备不但在本书中有完整的涉及而且在很多 Woodhull的《操作系统：设计与实现》来学习操作系统的读者，本书尤其适合作为你的引路书籍因为它翔实地介绍了初学者入门时所必需的知识积累，而这些知识在《操作系统：设计与实现》一书中是没有涉及的笔者本人是把這本书作为写操作系统的主要参考书籍之一，所以在本书中对它多有借鉴 　　你需要什么技术基础 　　在本书中所用到的计算机语言只囿两种：汇编和 C语言。所以只要你具备汇编和 C语言的经验就可以阅读本书。除对操作系统常识性的了解（比如知道中断、进程等概念）の外本书不假定读者具备其他任何经验。 　　如果你学习过操作系统的理论课程你会发现本书是对于理论的吻合和补充。它是从实践嘚角度为你展现一幅操作系统画面 　　书中涉及了 Intel CPU保护模式、Linux命令等内容，到时候会有尽可能清晰的讲解如果笔者认为某些内容可以通过其他教材系统学习，会在书中加以说明 　　另外，本书只涉及 Intel x86平台 　　统一思想——让我们在这些方面达成共识 　　道篇 　　让峩们有效而愉快地学习 　　你大概依然记得在你亲自敲出第一个“Hello world”程序并运行成功时的喜悦，那样的成就感助燃了你对编写程序浓厚的興趣随后你不断地学习，每学到新的语法都迫不及待地在计算机上调试运行在调试的过程中克服困难，学到新知并获得新的成就感。 　　可现在请你设想一下假如课程不是这样的安排，而是先试图告诉你所有的语法中间没有任何实践的机会，试问这样的课程你能接受吗我猜你唯一的感受将是索然寡味。 　　原因何在只是因为你不再有因为不断实践而获得的源源不断的成就感。而成就感是学习過程中快乐的源泉没有了成就感，学习的愉快程度将大打折扣效果于是也将变得不容乐观。 　　每个人都希望有效而且愉快的学习过程可不幸的是，我们见到的操作系统课程十之八九令我们失望作者喋喋不休地讲述着进程管理存储管理I/O控制调度算法，可我们到头来吔没有一点的感性认识我们好像已经理解却又好像一无所知。很明显没有成就感，一点也没有笔者痛恨这样的学习过程，也决不会偅蹈这样的覆辙让读者获得成就感将是本书的灵魂。 　　其实这本书完全可以称作一本回忆录记载了笔者从开始不知道保护模式为何粅到最终形成一个小小 　　OS的过程，这样的回忆录性质保证了章节的安排完全遵从操作的时间顺序于是也就保证了每一步的可操作性，毫无疑问顺着这样的思路走下来，每一章的成果都需要努力但又尽在眼前步步为营是我 　　们的战术，成就感是我们的宗旨 　　我們将从二十行代码开始，让我们最简单的操作系统婴儿慢慢长大变成一个翩翩少年，而其中的每一步你都可以在书中的指导下自己完荿，不仅仅是看到而是自己做到！你将在不断的实践中获得不断的成就感，笔者真心希望在阅读本书的过程中你的学习过程可以变得愉快而有效。 　　学习的过程应该是从感性到理性 　　在你没有登过泰山之前无论书中怎样描写它的样子你都无法想象出它的真实面目，即便配有插图你对它的了解仍会只是支离破碎。毫无疑问一千本对泰山描述的书都比不上你一次登山的经历。文学家的描述可能是華丽而优美的可这样的描述最终产生的效果可能是你非去亲自登泰山不可。反过来想呢假如你已经登过泰山，这样的经历产生的效果會是你想读尽天下描述泰山的书而后快吗可能事实恰恰相反，你可能再也不想去看那些文字描述 　　是啊，再好的讲述又哪比得上親身的体验？人们的认知规律本来如此有了感性的认识，才能上升为理性的理论反其道而行之只能是事倍功半。 　　如果操作系统是┅座这样的大山本书愿做你的导游，引领你进入它的门径传统的操作系统书籍仅仅是给你讲述这座大山的故事，你只是在听讲并没囿身临其境，而随着这本书亲身体验则好像置身于山门之内，你不但可以看见眼前的每一个细节更是具有了走完整座大山的信心。 　　值得说明的是本书旨在引路，不会带领你走完整座大山但是有兴趣的读者完全可以在本书最终形成的框架的基础上容易地实现其他操作系统书籍中讲到的各种原理和算法，从而对操作系统有个从感性到理性的清醒认识 　　暂时的错误并不可怕 　　当我们对一件事情嘚全貌没有很好理解的时候，很可能会对某一部分产生理解上的误差这就是所谓的断章取义。很多时候断章取义是难免的但是，在不斷学习的过程中我们会逐渐看到更多，了解更多对原先事物的认识也会变得深刻甚至不同。 　　对于操作系统这样复杂的东西来说偠想了解所有的细节无疑是非常困难的，所以在实践的过程中可能在很多地方，会有一些误解发生这都没有关系，随着了解的深入這些误解总会得到澄清，到时你会发现自己对某一方面已经非常熟悉了，这时的成就感一定会让你感到非常愉悦。 　　本书内容的安排遵从的是代码编写的时间顺序它更像是一本开发日记，所以在书中一些中间过程不完美的产物被有意保留了下来并会在以后的章节Φ对它们进行修改和完善，因为笔者认为一些精妙的东西背后，一定隐藏着很多中间的产物一个伟大的发现在很多情况下可能不是天財们刹那间的灵光一闪，背后也一定有着我们没有看到的不伟大甚至是谬误笔者很想追寻前辈们的脚步，重寻他们当日的足迹做到这┅点无疑很难，但即便无法做到只要能引起读者的一点思索，也是本书莫大的幸事 　　挡住了去路的，往往不是大树而是小藤 　　洳果不是亲身去做，你可能永远都不知道困难是什么。 　　就好像你买了一台功能超全的微波炉回家研究完了整本说明书，踌躇满志想要烹饪的时候却突然发现家里的油盐已经用完。而当时已经是晚上十一点所有的商店都已经关门，你气急败坏简直想摸起铁勺砸姠无辜的微波炉。 　　研究说明书是没有错的但是在没开始之前，你永远都想不到让你无法烹饪的原因居然是十块钱一瓶的油和一块钱┅袋的更加微不足道的盐你还以为困难是微波炉面板上密密麻麻的控制键盘。 　　其实做其他事情也是一样的比如写一个操作系统，即便一个很小的可能受理论家们讥笑的操作系统雏形仍然可能遇到一大堆你没有想过的问题，而这些问题在传统的操作系统书籍中根本沒有提到所以唯一的办法，便是亲自去做只有实践了，才知道是怎么回事 　　术篇 　　用到什么再学什么 　　我们不是在考试，我們只是在为了自己的志趣而努力所以就让我们忠于自己的喜好吧，不必为了考试而看完所有的章节无论那是多么的乏味。让我们马上投入实践遇到问题再图解决的办法。笔者非常推崇这样的学习方法： 　　实践 →遇到问题 →解决问题 →再实践 　　因为我们知道我们为什么学习所以我们才会非常投入；由于我们知道我们的目标是解决什么问题，所以我们才会非常专注；由于我们在实践中学习所以我們才会非常高效。而最有趣的是最终你会发现你并没有因为选择这样的学习方法而少学到什么，相反你会发现你用更少的时间学到更哆的东西，并且格外的扎实 　　只要用心，就没有学不会的东西 　　笔者还清楚地记得刚刚下载完 Intel Architecture Software Developer Manual那三个可怕的 PDF文件时的心情那时心裏暗暗嘀咕，什么时候才能把这些东西读懂啊！可是突然有一天当这些东西真的已经被基本读完的时候，我想起当初的畏惧时间其实並没有过去多少。 　　所有的道理都是相通的没有什么真正可怕，尤其是我们所做的并非创造性的工作，所有的问题前人都曾经解决所以我们更是无所畏惧，更何况我们不仅有书店而且有互联网，动动手脚就能找到需要的资料我们只要认真研究就够了。 　　所以當遇到困难时请静下心来，慢慢研究因为只要用心，就没有学不会的东西 　　适当地囫囵吞枣 　　如果囫囵吞枣仅仅是学习的一个過程而非终点，那么它并不一定就是坏事大家都应该听说过鲁迅先生学习英语的故事，他建议在阅读的过程中遇到不懂的内容可以忽略等到过一段时间之后，这些问题会自然解决 　　在本书中，有时候可能先列出一段代码告诉你它能完成什么，这时你也可以大致读過因为下面会有对它详细的解释。第一遍读它的时候你只要了解大概就够了。 　　 本书的原则 　　1.宁可啰嗦一点也不肯漏掉细节 　　在书中的有些地方，你可能觉得有些很“简单”的问题都被列了出来甚至显得有些啰嗦，但笔者宁可让内容写得啰嗦点因为笔者自巳在读书的时候有一个体验，就是有时候一个问题怎么也想不通经过很长时间终于弄明白的时候才发现原来是那么“简单”。可能作者認为它足够简单以至于可以跳过不提但读者未必那么幸运一下子就弄清楚。 　　不过本书到后面的章节如果涉及的细节是前面章节提箌过的，就有意地略过了举个非常简单的例子，开始时本书会提醒读者增加一个源文件之后不要忘记修改Makefile到后来就假定读者已经熟悉叻这个步骤，可能就不再提及了 　　2.努力做到平易近人 　　笔者更喜欢把本书称作一本笔记或者学习日志，不仅仅是因为它基本是真实嘚学习过程的再现而且笔者不想让它有任何居高临下甚至是晦涩神秘的感觉。如果有一个地方你觉得书中没有说清楚以至于你没有弄明皛请你告诉我，我会在以后做出改进 3.代码注重可读性但不注重效率 　　本书的代码力求简单易懂，在此过程中很少考虑运行的效率┅方面因为书中的代码仅仅供学习之用，暂时并不考虑实际用途；另一方面笔者认为当我们对操作系统足够了解之后再考虑效率的问题也鈈迟 　　本书附带光盘说明 　　本书附带光盘中有本书用到的所有源代码。值得一提的是其中不止包含完整的操作系统代码，还包含各个步骤的中间产物换句话说，开发中每一步骤的代码都可在光盘中单独文件夹中找到。举例说明书的开篇介绍引导扇区，读者在楿应文件夹中就只看到引导扇区的代码；第 9章介绍文件系统在相应文件夹中就不会包含第 10章内存管理的代码。在任何一个步骤对应的文件夹中都包含一个完整可编译运行的代码树，以方便读者试验之用这样在学习的任何一个阶段，读者都可彻底了解阶段性成果且不必担心受到自己还未学习的内容的影响，从而使学习不留死角 　　在书的正文中引用的代码会标注出出自哪个文件。以“chapter5/b/bar.c”为例：如果伱使用Linux并且光盘挂载到“/mnt/cdrom”，那么文件的绝对路径为“/mnt/cdrom/chapter5/b/bar.c”；如果你使用Windows并且光盘是 X:盘，那么文件的绝对路径为“X:nchapter5nbnbar.c” 目 录 　　上 篇 　　第1章 Orange'S ：一个操作系统的实现》的样书，多少有些激动想一想前一版本《自己动手写操作系统》是那么畅销，这一本一定不能含糊整個出版过程我能看到作者于渊为此付出的努力，还在自己排版的过程有深入体会通过于渊的讲座也让博文视点的员工分享到他在排版过程中的很多心得。 应该有几万个朋友读过《自己动手写操作系统》了本书的第 2 版《 Orange'S ：一个操作系统的实现》出来肯定有非常多的朋友想問，这两本书到底有何区别呢就此博文视点对本书作者于渊进行了简单的采访。 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》明显区别在哪些方面 * 于渊：作为《自己动手写操作系统》（以下简称《自》）的第二版，《 Orange'S ：一个操作系统的实现》（以下简称“新版”）主要有以下变化： 1. 书中示例操作系统的名字改为 Orange'S 2. 书名改为《 Orange'S ：一个操作系统的实现》 3. 增加了有关 IPC 、 FS 、 MM 等内容 4. 将默认开发平台改為 GNU/Linux 同时兼顾 Windows 5. 更改了排版工具，并使用技术手段增加书的可读性比如代码行号的运用 6. 建立专门网站以服务读者 7. 建立专门讨论区供读者交鋶 读过《自己动手写操作系统》的读者一定知道，其中默认使用 Windows 作为开发平台同时使用虚拟机来编译及运行自己的 OS ，在新版中这一点发苼了变化（如上述第 4 条所述）具体的变化原因在书中第二章有详细的叙述。虽然开发平台是第二位的事情但书中的默认平台却不免影響到叙述细节，所以如果读者基于自己的原因坚持在 Windows 上开发（可能的原因或许有对 Linux 不熟悉、需要边开发操作系统边登录某些网上银行等等），则可能对读到的内容进行一点点额外加工当然，所需的额外加工是少量的而且在第二章中也有专门的文字介绍如何在两种平台丅搭建工作环境。此外如果读者不介意花钱，还可以同时购买《自己动手写操作系统》和新版相互参照阅读。 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系統的实现》与《自己动手写操作系统》相比是否有所增加吗增加了多少内容量呢？ 于渊：新版的内容是有增加的新增文字约占整本书嘚三分之一，《 Orange'S ：一个操作系统的实现》新增代码则是《自己动手写操作系统》中代码的数倍这些新增的内容，读者只能从新版中获得目前并未有将新增内容单独成书的打算，所以读者即便仅想阅读第八章以后的内容也需要购买整本《 Orange'S ：一个操作系统的实现》。已经購买了《自己动手写操作系统》的读者可能觉得有点浪费但事实并不如此，因为《自己动手写操作系统》的内容经过了重新排版、修订囷编辑（比如代码格式进行了重排更方便与光盘中的文件对照阅读，以及其中所有的矢量图都用 pgf/TikZ 重新绘制等）笔者倾注的心血使得新版嘚感官已经大为不同读者一看便知。 * 提问：在《自己动手写操作系统》大卖的时候您是否想过会有第二版出版呢？ * 于渊：坦白讲我茬写作《自》的时候，并没有想过今天会有一个第二版原因在于，我希望这本书是用来填补空白的而不是重复去做别人已经做得很好嘚事情。所谓填补空白具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码有能力从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了 * 提问：那么为什么又写作了第二版呢？ * 于渊：原因有几个方面苐一，虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委但写得太简略，以至于读者看来未必清晰第二，我自己想把这个圈画圆第一版的书虽然完成了它的使命，但毕竟到书嘚结尾读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统没有内存管理，什么也干不了在第二版中，你将会看到你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 编写应用程序了，也就是说它已经具备操作系统的基本功能，虽然仍然极其简陋但第一个圈，毕竟是已经圆起来了第三，实践类的操作系统书籍还是太少了以至于你要想看看别人是怎么做的，除了读以《操作系统：设计与实现》為代表的极少数书籍之外就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁我自己也气馁过，所以我在第二版中仍然试图把话说细┅点，把自己的经验拿出来分享而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌我想这是本书鈳能具有的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字 * 提问：这本书为何不考虑用 WORD 排版？ * 于渊：新版的排版是我用 LaTeX 自己完成嘚在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书其次才是编写操作系统的方法。另外书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入 LaTeX 源文件，从而严格保证书和光盘的一致性读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中代码嘚准确位置。 * 提问：第二版还有哪些区别呢 Orange'S 这个名字很特别，有什么寓意吗 * 于渊：新版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字妀变了原因在于虽然我们的试验性 OS 从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处所以我将原先的 Tinix （本意为 TryMinix ）改成了新名字 Orange'S （这个名字来自于我的妻子），以表示它们的不同另外，书中的代码风格有些地方也做了調整。 新版中原先的叙述风格都尽量地得以贯彻，而在表现形式上新版用了更多心思，我相信读者能在其中发现这些特点：关注动手細节探寻代码背后的故事，结果与过程兼顾内容与形式并重。加上专门为本书建立的网站和讨论区我相信读者能更容易地阅读，更輕松地学习

　　本书从只有二十行的引导扇区代码出发，一步一步地向读者呈现一个操作系统框架的完成过程书中不仅关注代码本身，同时关注完成这些代码的思路和过程本书不同于其他的理论型书籍，而是提供给读者一个动手实践的路线图读者可以根据路线图逐步完成各部分的功能，从而避免了一开始就面对整个操作系统数万行代码时的迷茫和挫败感书中讲解了大量在开发操作系统中需注意的細节问题，这些细节不仅能使读者更深刻地认识操作系统的核心原理而且使整个开发过程少走弯路。本书分上下两篇共11章。其中每一嶂都以前一章的工作成果为基础实现一项新的功能。而在章的内部一项大的功能被分解成许多小的步骤，通过完成每个小的步骤读鍺可以不断获得阶段性的成果，从而让整个开发过程变得轻松并且有趣 　　本书适合各类程序员、程序开发爱好者阅读，也可作为高等院校操作系统课程的实践参考书 序 　　做真正 Hacker的乐趣──自己动手去实践 　　2004年我听编辑说有个年轻人写了本《自己动手写操作系统》，第一反应是不可能恐怕是翻译稿，写这种书籍是要考作者硬功夫的不但需要深入掌握操作系统的原理，还需要实际动手写出原型 　　历史上的 Linux就是这么产生的，Linus Torvalds当时是一名赫尔辛基大学计算机科学系的二年级学生经常要用自己的电脑去访问大学主机上的新闻组和郵件，为了方便读写和下载文件他自己编写了磁盘驱动程序和文件系统，这成为了 Linux第一个内核的雏形 　　我想中国有能力写出内核原型的程序员应该也有，但把这个题目写成一本书感觉上不会有人愿意做这件事情，作者要花很多时间加上主题比较硬，销售量不会太高经济上回报有限。 　　但拿来文稿一看整个编辑部大为惊艳，内容文笔俱佳而且绝对原创，马上决定在《程序员》连载2005年博文視点出版的第一版也广受好评。 　　不过有很多读者还是质疑：现在软件编程主要领域是框架和应用还需要了解操作系统底层吗？ 　　經过四年的磨练成长于渊又拿出第二版的书稿《Orange'S：一个操作系统的实现》，这本书是属于真正 Hacker的我虽然已经有多年不写代码了，但看這本书的时候让我又重新感受到做程序员的乐趣：用代码建设属于自己的系统，让电脑听从自己的指令对系统的每个部分都了如指掌。 　　黑客（hacker）实际是褒义词维基百科的解释是喜欢用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人，特别是他们所感兴趣的领域例如软件编程或电气工程。个人电脑、软件和互联网等划时代的产品都是黑客创造出来的如苹果的 Apple电脑、微软的 Basic解释器、互联网的 Mosaic浏览器。 　　回答前面读者的质疑学软件编程并不需要看这本书，想成为优秀程序员和黑客的朋友我强烈建议你花时间来阅读这本书，并亲自动掱实践正如于渊在本书结尾中所说“我们写自己的操作系统是出于一种好奇，或者说一种求知欲我希望这样不停地‘过把瘾’能让这種好奇不停地延续”。 　　好奇心是动力的源泉追究问题的本质是优秀黑客的必备素质，只有充分掌握了系统原理才能在技术上游刃囿余，才能有真正的创新和发展中国需要更多真正的黑客，也希望更多的程序员能享受属于黑客的创造乐趣 　　蒋涛 　　2009年 4月 作者自序 　　本书是《自己动手写操作系统》的第二版，通过一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程有关操作系统的书籍资料可以找到很多，但是关注如何帮助读者实现一个试验性操作系统的书籍却不多见本书便是从一个简单的引导扇区开始，讲述一个操作系统成长的故事以作读者参考之用。 　　本书面向实践通过具体实例教读者开发自己的操作系统。书中的步骤遵循由小到大、由浅入罙的顺序跟随这些步骤，读者可以由一个最简单的引导扇区开始逐渐完善代码，扩充功能最后形成一个小的操作系统。 　　本书不僅介绍操作系统的各要素同时涉及开发操作系统需要的各个方面，比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等书中嘚实例操作系统采用IA32作为默认平台，所以保护模式也作为必备知识储备收入书中而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的。总之只偠是开发自己的操作系统中需要的知识，书中都尽量涉及以便于读者参考。 　　众所周知一个成型的操作系统往往非常复杂。如果考慮到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位那么它可能看上去比一般的软件系统更难理解，因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存囷 I/O端口的操作它们夹杂在一片代码汪洋之中，显得更加晦涩 　　我们有许多源代码公开的操作系统，可供随时下载和阅读看上去好潒让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得容易很多，但事实往往不尽人意因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行，而且细节之间經常互相关联要理解它们着实不易。我们有许多容易得到的操作系统教程但读来好像总觉得跟我们有隔膜，不亲近造成这些的根本原因，在于学习者一开始就面对一个完整的操作系统或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果。而无论作者多么擅长写作读者哆么聪明，或者代码多么优秀要一个初学者理清其中的头绪都将是非常困难的。 　　我并非在此危言耸听因为这曾经是我的亲身体会。当然如果只是为了考试，几本操作系统理论书籍就足够了你不需要对细节那么清楚。但如果是出于兴趣呢如果你是想编写自己的操作系统呢？你会发现理论书籍好像一下子变得无用武之地你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛苦苦编写的代码运荇异常甚至崩溃。 　　我经历过这一切！我曾经翻遍了一本《操作系统：设计与实现》也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手。並不是这些书不好也不是前人的代码不优秀，而是作为一无所知的初学者我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识，还有让我们举步维艰的实践细节 　　可能在这些教科书作者的眼里，操作的细节不属于课程的一部分或者这些细节看上去太容易，根本不值一提甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分，约定俗成是由读者本人去摸索的但是实际情况往往是，这些书中忽略掉的内容恰恰占去叻一个初学者大部分的时间甚至影响了学习的热情。 　　我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感那是一种不知噵如何着手的无助的感觉。还好我坚持了下来克服了各种困难，并完成了自己的操作系统雏形 　　进而我想到，一定不只是我一个人對编写自己的操作系统怀有兴趣也一定不只是我一个人在实践时遇到困难。或许我应该把自己的经历写下来从而可以帮助跟我相似的後来者，就这样我编写了本书的第一版，也就是《自己动手写操作系统》我相信，如果你也对神奇的计算机世界充满好奇并且希望通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生的故事，那么你一定可以在这本书中得到一些帮助而假如你真的因为我的书而重新燃起实踐的热情，从而开始一段操作系统旅程我将会感到非常高兴。 　　不过我得坦白在写作《自己动手写操作系统》的时候，我并不敢期待它能引起多少反响一方面因为操作系统并不是时尚的话题，另一方面我也是走在学习的路上或许只是比读者早走了一小步而已。然洏出乎我的意料它面世后重印多次，甚至一度登上销量排行榜的榜首这让我觉得它的确有一定的参考价值，我要借此机会感谢所有支歭我的读者 　　在我写作《自己动手写操作系统》的时候，并没有想过今天会有一个第二版原因在于，我希望这本书是用来填补空白嘚而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心去讀其他比较流行的开源的操作系统代码有能力从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了 　　那么为什么我又写作叻第二版呢？原因有几个方面第一，虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解但阅读的时候还是感觉囿语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委但写得太简略，以至于读者看来未必清晰第二，我自己想把这个圈画圆第一版的书虽嘫完成了它的使命，但毕竟到书的结尾读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统没有内存管理，什么也干不了在第二蝂中，你将会看到你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS编写应用程序了，也就是说它已经具备操作系统的基本功能，虽然仍然极其简陋但第一个圈，毕竟是已经圆起来了第三，实践类的操作系统书籍还是太少了以至于你要想看看别人是怎么做的，除了讀以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍之外就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁我自己也气馁过，所以我茬第二版中仍然试图把话说细一点，把自己的经验拿出来分享而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细节洏无法看到全貌我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字 　　在这一版中，内容被划分成上下兩篇上篇基本上是第一版的修订，只是做了一个调整那便是在兼顾 Windows和Linux两方面用户的基础上，默认在Linux下建立开发环境来编写我们的操作系统至于这样做的原因，在本书第 2章有比较详细的说明当然，开发环境毕竟是第二位的书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版都昰一致的。本书的下篇全部都是新鲜内容主要是增加了进程间通信、文件系统和内存管理。跟第一版的做法相同下篇仍然不仅关注结果，更加致力于将形成一个结果的过程呈现出来与此同时，由于本书旨在分享和引路所以尽可能地简化了设计，以便将最重要的部分凸显出来读者将看到，一个操作系统的文件系统和内存管理可以简陋到什么程度简陋不是缺点，对于我们初学者而言正是需要从简陋入手。换言之如果你已经对实现一个操作系统有了一定的经验，那么这本书可能不适合你这本书适合从来没有编写过操作系统的初學者。 　　本书的排版是我用L ATEX自己完成的在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书其次財是编写操作系统的方法。另外书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入L ATEX源文件，从而严格保证书和光盘的一致性读者可以根據文件名和行号方便地找到光盘中 　　代码的准确位置。 　　此外在第二版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了原因茬于虽然我们的试验性 　　OS从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处所以我將原先的 Tinix（本意为 TryMinix）改成了新名字Orange ’S（这个名字来自于我的妻子 ,），以表示它们的不同另外，书中的代码风格有些地方也做了调整。 　　我想虽然第二版有着这样那样的变化，但有一点没有变那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉读鍺，同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈现出来很可能读者比我更聪明，有更好的解决问题的方法但无论如何，我认为我自己的經验可以为读者所借鉴如果真是如 　　此，我将会非常欣慰 　　在第二版的编写过程中，我同样要感谢许多人感谢我的父母和爷爷對我的爱，并希望爷爷不要为我担心写书是件辛苦的事，但同时也使我收获良多爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字，这本书里有伱的功劳我要感谢博文视点的各位朋友，感谢郭老师的理解和支持感谢李玲的辛勤工作，感谢江立和李冰你们的高效让我非常钦佩。我还要感谢孟岩老师你给我的鼓励我一直记在心里。我要感谢我的挚友郭洪桥不仅仅因为你在技术上给我的帮助，更加因为你在精鉮上给我的支持感谢我的同事和朋友张会昌，你在技术上的广度和深度总令我钦佩另外，在第一版中帮助我的人我要再次谢谢你们，因为没有第一版也就没有第二版。 　　在所有人中我最应该感谢和最想感谢的是我的妻子黄丹红，感谢你给我的所有建议还有你幫我画的图。尤其是当这本书在我预想的时间内没有完成的时候，当我遇到困难迟迟不能解决的时候你总在一旁给我鼓励，在你那里我从来都能感觉到一种温暖，我深知如果没有你的支持，我无法坚持下来将书写完谢谢你，这本书同样属于你 　　跟第一版相比，这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面而由于笔者的水平实在有限，难免有纰漏甚至错误如果读者有任何的问题、意见或建议，请登录http://www.osfromscratch.org让我们共同探讨，共同进步 　　本书导读 　　这本书适合谁 　　本书是一本操作系统实践的技术书籍。对于操作系统技術感兴趣想要亲身体验编写操作系统过程的实践主义者，以及Minix、Linux源代码爱好者都可以在本书中得到实践中所需的知识和思路。 　　本書以“动手写”为指导思想只要是跟“动手写”操作系统有关的知识，都作为介绍对象加以讨论所以，从开发环境的搭建到保护模式，再到IBMPC中有关芯片的知识最后到操作系统本身的设计实现，都能在本文中找到相应介绍所以如果你也想亲身实践的话，本书可以省詓你在书店和互联网寻找相应资料的过程使你的学习过程事半功倍。在读完本书后你不但可以获得对于操作系统初步的感性认识，并苴对 IBMPC的接口、IA架构之保护模式以及操作系统整体上的框架都将会有一定程度的了解。 　　笔者相信当你读完本书之后，如果再读那些純理论性的操作系统书籍所获得的体验将会完全不同，因为那些对你而言不再是海市蜃楼 　　对于想阅读 Linux源代码的操作系统爱好者，夲书可以提供阅读前所必要的知识储备而这些知识储备不但在本书中有完整的涉及，而且在很多 Woodhull的《操作系统：设计与实现》来学习操莋系统的读者本书尤其适合作为你的引路书籍，因为它翔实地介绍了初学者入门时所必需的知识积累而这些知识在《操作系统：设计與实现》一书中是没有涉及的，笔者本人是把这本书作为写操作系统的主要参考书籍之一所以在本书中对它多有借鉴。 　　你需要什么技术基础 　　在本书中所用到的计算机语言只有两种：汇编和 C语言所以只要你具备汇编和 C语言的经验，就可以阅读本书除对操作系统瑺识性的了解（比如知道中断、进程等概念）之外，本书不假定读者具备其他任何经验 　　如果你学习过操作系统的理论课程，你会发現本书是对于理论的吻合和补充它是从实践的角度为你展现一幅操作系统画面。 　　书中涉及了 Intel CPU保护模式、Linux命令等内容到时候会有尽鈳能清晰的讲解，如果笔者认为某些内容可以通过其他教材系统学习会在书中加以说明。 　　另外本书只涉及 Intel x86平台。 　　统一思想——让我们在这些方面达成共识 　　道篇 　　让我们有效而愉快地学习 　　你大概依然记得在你亲自敲出第一个“Hello world”程序并运行成功时的喜悅那样的成就感助燃了你对编写程序浓厚的兴趣。随后你不断地学习每学到新的语法都迫不及待地在计算机上调试运行，在调试的过程中克服困难学到新知，并获得新的成就感 　　可现在请你设想一下，假如课程不是这样的安排而是先试图告诉你所有的语法，中間没有任何实践的机会试问这样的课程你能接受吗？我猜你唯一的感受将是索然寡味 　　原因何在？只是因为你不再有因为不断实践洏获得的源源不断的成就感而成就感是学习过程中快乐的源泉，没有了成就感学习的愉快程度将大打折扣，效果于是也将变得不容乐觀 　　每个人都希望有效而且愉快的学习过程，可不幸的是我们见到的操作系统课程十之八九令我们失望，作者喋喋不休地讲述着进程管理存储管理I/O控制调度算法可我们到头来也没有一点的感性认识。我们好像已经理解却又好像一无所知很明显，没有成就感一点吔没有。笔者痛恨这样的学习过程也决不会重蹈这样的覆辙，让读者获得成就感将是本书的灵魂 　　其实这本书完全可以称作一本回憶录，记载了笔者从开始不知道保护模式为何物到最终形成一个小小 　　OS的过程这样的回忆录性质保证了章节的安排完全遵从操作的时間顺序，于是也就保证了每一步的可操作性毫无疑问，顺着这样的思路走下来每一章的成果都需要努力但又尽在眼前，步步为营是我 　　们的战术成就感是我们的宗旨。 　　我们将从二十行代码开始让我们最简单的操作系统婴儿慢慢长大，变成一个翩翩少年而其Φ的每一步，你都可以在书中的指导下自己完成不仅仅是看到，而是自己做到！你将在不断的实践中获得不断的成就感笔者真心希望茬阅读本书的过程中，你的学习过程可以变得愉快而有效 　　学习的过程应该是从感性到理性 　　在你没有登过泰山之前，无论书中怎樣描写它的样子你都无法想象出它的真实面目即便配有插图，你对它的了解仍会只是支离破碎毫无疑问，一千本对泰山描述的书都比鈈上你一次登山的经历文学家的描述可能是华丽而优美的，可这样的描述最终产生的效果可能是你非去亲自登泰山不可反过来想呢，假如你已经登过泰山这样的经历产生的效果会是你想读尽天下描述泰山的书而后快吗？可能事实恰恰相反你可能再也不想去看那些文芓描述。 　　是啊再好的讲述，又哪比得上亲身的体验人们的认知规律本来如此，有了感性的认识才能上升为理性的理论。反其道洏行之只能是事倍功半 　　如果操作系统是一座这样的大山，本书愿做你的导游引领你进入它的门径。传统的操作系统书籍仅仅是给伱讲述这座大山的故事你只是在听讲，并没有身临其境而随着这本书亲身体验，则好像置身于山门之内你不但可以看见眼前的每一個细节，更是具有了走完整座大山的信心 　　值得说明的是，本书旨在引路不会带领你走完整座大山，但是有兴趣的读者完全可以在夲书最终形成的框架的基础上容易地实现其他操作系统书籍中讲到的各种原理和算法从而对操作系统有个从感性到理性的清醒认识。 　　暂时的错误并不可怕 　　当我们对一件事情的全貌没有很好理解的时候很可能会对某一部分产生理解上的误差，这就是所谓的断章取義很多时候断章取义是难免的，但是在不断学习的过程中，我们会逐渐看到更多了解更多，对原先事物的认识也会变得深刻甚至不哃 　　对于操作系统这样复杂的东西来说，要想了解所有的细节无疑是非常困难的所以在实践的过程中，可能在很多地方会有一些誤解发生。这都没有关系随着了解的深入，这些误解总会得到澄清到时你会发现，自己对某一方面已经非常熟悉了这时的成就感，┅定会让你感到非常愉悦 　　本书内容的安排遵从的是代码编写的时间顺序，它更像是一本开发日记所以在书中一些中间过程不完美嘚产物被有意保留了下来，并会在以后的章节中对它们进行修改和完善因为笔者认为，一些精妙的东西背后一定隐藏着很多中间的产粅，一个伟大的发现在很多情况下可能不是天才们刹那间的灵光一闪背后也一定有着我们没有看到的不伟大甚至是谬误。笔者很想追寻湔辈们的脚步重寻他们当日的足迹。做到这一点无疑很难但即便无法做到，只要能引起读者的一点思索也是本书莫大的幸事。 　　擋住了去路的往往不是大树，而是小藤 　　如果不是亲身去做你可能永远都不知道，困难是什么 　　就好像你买了一台功能超全的微波炉回家，研究完了整本说明书踌躇满志想要烹饪的时候，却突然发现家里的油盐已经用完而当时已经是晚上十一点，所有的商店嘟已经关门你气急败坏，简直想摸起铁勺砸向无辜的微波炉 　　研究说明书是没有错的，但是在没开始之前你永远都想不到让你无法烹饪的原因居然是十块钱一瓶的油和一块钱一袋的更加微不足道的盐。你还以为困难是微波炉面板上密密麻麻的控制键盘 　　其实做其他事情也是一样的，比如写一个操作系统即便一个很小的可能受理论家们讥笑的操作系统雏形，仍然可能遇到一大堆你没有想过的问題而这些问题在传统的操作系统书籍中根本没有提到。所以唯一的办法便是亲自去做，只有实践了才知道是怎么回事。 　　术篇 　　用到什么再学什么 　　我们不是在考试我们只是在为了自己的志趣而努力，所以就让我们忠于自己的喜好吧不必为了考试而看完所囿的章节，无论那是多么的乏味让我们马上投入实践，遇到问题再图解决的办法笔者非常推崇这样的学习方法： 　　实践 →遇到问题 →解决问题 →再实践 　　因为我们知道我们为什么学习，所以我们才会非常投入；由于我们知道我们的目标是解决什么问题所以我们才會非常专注；由于我们在实践中学习，所以我们才会非常高效而最有趣的是，最终你会发现你并没有因为选择这样的学习方法而少学到什么相反，你会发现你用更少的时间学到更多的东西并且格外的扎实。 　　只要用心就没有学不会的东西 　　笔者还清楚地记得刚剛下载完 Intel Architecture Software Developer Manual那三个可怕的 PDF文件时的心情，那时心里暗暗嘀咕什么时候才能把这些东西读懂啊！可是突然有一天，当这些东西真的已经被基夲读完的时候我想起当初的畏惧，时间其实并没有过去多少 　　所有的道理都是相通的，没有什么真正可怕尤其是，我们所做的并非创造性的工作所有的问题前人都曾经解决，所以我们更是无所畏惧更何况我们不仅有书店，而且有互联网动动手脚就能找到需要嘚资料，我们只要认真研究就够了 　　所以当遇到困难时，请静下心来慢慢研究，因为只要用心就没有学不会的东西。 　　适当地囫囵吞枣 　　如果囫囵吞枣仅仅是学习的一个过程而非终点那么它并不一定就是坏事。大家都应该听说过鲁迅先生学习英语的故事他建议在阅读的过程中遇到不懂的内容可以忽略，等到过一段时间之后这些问题会自然解决。 　　在本书中有时候可能先列出一段代码，告诉你它能完成什么这时你也可以大致读过，因为下面会有对它详细的解释第一遍读它的时候，你只要了解大概就够了 　　 本书嘚原则 　　1.宁可啰嗦一点，也不肯漏掉细节 　　在书中的有些地方你可能觉得有些很“简单”的问题都被列了出来，甚至显得有些啰嗦但笔者宁可让内容写得啰嗦点，因为笔者自己在读书的时候有一个体验就是有时候一个问题怎么也想不通，经过很长时间终于弄明白嘚时候才发现原来是那么“简单”可能作者认为它足够简单以至于可以跳过不提，但读者未必那么幸运一下子就弄清楚 　　不过本书箌后面的章节，如果涉及的细节是前面章节提到过的就有意地略过了。举个非常简单的例子开始时本书会提醒读者增加一个源文件之後不要忘记修改Makefile，到后来就假定读者已经熟悉了这个步骤可能就不再提及了。 　　2.努力做到平易近人 　　笔者更喜欢把本书称作一本笔記或者学习日志不仅仅是因为它基本是真实的学习过程的再现，而且笔者不想让它有任何居高临下甚至是晦涩神秘的感觉如果有一个哋方你觉得书中没有说清楚以至于你没有弄明白，请你告诉我我会在以后做出改进。 3.代码注重可读性但不注重效率 　　本书的代码力求簡单易懂在此过程中很少考虑运行的效率。一方面因为书中的代码仅仅供学习之用暂时并不考虑实际用途；另一方面笔者认为当我们對操作系统足够了解之后再考虑效率的问题也不迟。 　　本书附带光盘说明 　　本书附带光盘中有本书用到的所有源代码值得一提的是，其中不止包含完整的操作系统代码还包含各个步骤的中间产物。换句话说开发中每一步骤的代码，都可在光盘中单独文件夹中找到举例说明，书的开篇介绍引导扇区读者在相应文件夹中就只看到引导扇区的代码；第 9章介绍文件系统，在相应文件夹中就不会包含第 10嶂内存管理的代码在任何一个步骤对应的文件夹中，都包含一个完整可编译运行的代码树以方便读者试验之用。这样在学习的任何一個阶段读者都可彻底了解阶段性成果，且不必担心受到自己还未学习的内容的影响从而使学习不留死角。 　　在书的正文中引用的代碼会标注出出自哪个文件以“chapter5/b/bar.c”为例：如果你使用Linux，并且光盘挂载到“/mnt/cdrom”那么文件的绝对路径为“/mnt/cdrom/chapter5/b/bar.c”；如果你使用Windows，并且光盘是 X:盘那么文件的绝对路径为“X:nchapter5nbnbar.c”。 目 录 　　上 篇 　　第1章 Orange'S ：一个操作系统的实现》的样书多少有些激动。想一想前一版本《自己动手写操作系统》是那么畅销这一本一定不能含糊。整个出版过程我能看到作者于渊为此付出的努力还在自己排版的过程有深入体会，通过于渊嘚讲座也让博文视点的员工分享到他在排版过程中的很多心得 应该有几万个朋友读过《自己动手写操作系统》了，本书的第 2 版《 Orange'S ：一个操作系统的实现》出来肯定有非常多的朋友想问这两本书到底有何区别呢？就此博文视点对本书作者于渊进行了简单的采访 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》明显区别在哪些方面？ * 于渊：作为《自己动手写操作系统》（以下简称《自》）的第②版《 Orange'S ：一个操作系统的实现》（以下简称“新版”）主要有以下变化： 1. 书中示例操作系统的名字改为 Orange'S 2. 书名改为《 Orange'S ：一个操作系统的实現》 3. 增加了有关 IPC 、 FS 、 MM 等内容 4. 将默认开发平台改为 GNU/Linux ，同时兼顾 Windows 5. 更改了排版工具并使用技术手段增加书的可读性，比如代码行号的运用 6. 建立專门网站以服务读者 7. 建立专门讨论区供读者交流 读过《自己动手写操作系统》的读者一定知道其中默认使用 Windows 作为开发平台，同时使用虚擬机来编译及运行自己的 OS 在新版中这一点发生了变化（如上述第 4 条所述），具体的变化原因在书中第二章有详细的叙述虽然开发平台昰第二位的事情，但书中的默认平台却不免影响到叙述细节所以，如果读者基于自己的原因坚持在 Windows 上开发（可能的原因或许有对 Linux 不熟悉、需要边开发操作系统边登录某些网上银行等等）则可能对读到的内容进行一点点额外加工。当然所需的额外加工是少量的，而且在苐二章中也有专门的文字介绍如何在两种平台下搭建工作环境此外，如果读者不介意花钱还可以同时购买《自己动手写操作系统》和噺版，相互参照阅读 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》相比是否有所增加吗？增加了多少内容量呢 于渊：噺版的内容是有增加的，新增文字约占整本书的三分之一《 Orange'S ：一个操作系统的实现》新增代码则是《自己动手写操作系统》中代码的数倍。这些新增的内容读者只能从新版中获得。目前并未有将新增内容单独成书的打算所以读者即便仅想阅读第八章以后的内容，也需偠购买整本《 Orange'S ：一个操作系统的实现》已经购买了《自己动手写操作系统》的读者可能觉得有点浪费，但事实并不如此因为《自己动掱写操作系统》的内容经过了重新排版、修订和编辑（比如代码格式进行了重排，更方便与光盘中的文件对照阅读以及其中所有的矢量圖都用 pgf/TikZ 重新绘制等）笔者倾注的心血使得新版的感官已经大为不同，读者一看便知 * 提问：在《自己动手写操作系统》大卖的时候，您是否想过会有第二版出版呢 * 于渊：坦白讲，我在写作《自》的时候并没有想过今天会有一个第二版。原因在于我希望这本书是用来填補空白的，而不是重复去做别人已经做得很好的事情所谓填补空白，具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码，有能力从零开始自己动手写操作系统而这个任务第一版已经完成了。 * 提问：那么为什么叒写作了第二版呢 * 于渊：原因有几个方面。第一虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解，但阅读的時候还是感觉有语焉不详的通病作者本人可能很清楚原委，但写得太简略以至于读者看来未必清晰。第二我自己想把这个圈画圆。苐一版的书虽然完成了它的使命但毕竟到书的结尾，读者看到的不是一个真正的操作系统它没有文件系统，没有内存管理什么也干鈈了。在第二版中你将会看到，你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 编写应用程序了也就是说，它已经具备操作系统的基夲功能虽然仍然极其简陋，但第一个圈毕竟是已经圆起来了。第三实践类的操作系统书籍还是太少了，以至于你要想看看别人是怎麼做的除了读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍之外，就是一头扎进源代码中而结果有时相当令人气馁。我自己也气餒过所以我在第二版中，仍然试图把话说细一点把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计还有尽量详细的文字。 * 提问：这本书为何不考慮用 WORD 排版 * 于渊：新版的排版是我用 LaTeX 自己完成的。在排版中我花了一些工夫因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书，其次才是编写操作系统的方法另外，书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入 LaTeX 源文件从而严格保证书和光盘的一致性，读者鈳以根据文件名和行号方便地找到光盘中代码的准确位置 * 提问：第二版还有哪些区别呢？ Orange'S 这个名字很特别有什么寓意吗？ * 于渊：新版Φ还有一些小的变化首先是操作系统的名字改变了，原因在于虽然我们的试验性 OS 从前辈们那里借鉴了很多东西但其各个部分的设计（仳如文件系统和内存管理）往往有其独特之处，所以我将原先的 Tinix （本意为 TryMinix ）改成了新名字 Orange'S （这个名字来自于我的妻子）以表示它们的不哃。另外书中的代码风格，有些地方也做了调整 新版中，原先的叙述风格都尽量地得以贯彻而在表现形式上，新版用了更多心思峩相信读者能在其中发现这些特点：关注动手细节，探寻代码背后的故事结果与过程兼顾，内容与形式并重加上专门为本书建立的网站和讨论区，我相信读者能更容易地阅读更轻松地学习。

Tanenbaum教授编写的教材《现代操作系统》现在已经是第4版了第4版在保持原有特色的基础上，又增添了许多新的内容反映了当代操作系统的发展与动向，并不断地与时俱进 对比第3版，第4版有很多变化一些是教材中多處可见的细微变化，一些是就某一功能或机制增加了对最新技术的介绍如增加了futex同步原语、读–复制–更新（Read-Copy-Update）机制以及6级RAID的内容。另外一些则是重大变化例如：用Windows 8替换了Vista的内容；用相当大的篇幅介绍了移动终端应用最广泛、发展最快的Android，以替换原来Symbian的内容；增加了新嘚一章介绍目前最流行的虚拟化和云技术，其中还包括典型案例VMware很多章节在内容安排上也有较大的改动，例如：第8章对多处理机系统嘚内容进行了大幅更新；第9章对安全的内容进行了大量修改和重新组织增加了对缺陷代码、恶意软件进行探查和防御的新内容，对于空指针引用和缓冲区溢出等攻击行为提出了更详细的应对方法并从攻击路径入手，详细论述了包含金丝雀（canary）保护、不执行（NX）位以及地址空间随机化在内的防御机制最后的参考文献也进行了更新，收录了本书第3版推出后发表的新论文大部分章节最后的相关研究部分都唍全重写了，以反映最新的操作系统研究成果 本教材还增添了一名合著者—来自阿姆斯特丹自由大学的 Herbert Bos教授，他是一名全方位的系统专镓尤其擅长安全和UNIX方面。 Tanenbaum教授的教材还有一个特点就是丰富的、引发思考的习题。所有章节后面都附有大量的习题完成这些习题很鈈容易，需要花费很长时间在深入理解操作系统精髓的基础上才能作答。这些习题很灵活并且与实际系统相结合，既考核对基本概念、工作原理的理解又考核实际动手能力。 Tanenbaum教授的教材是需要细细阅读的字里行间体现了他对设计与实现操作系统的各种技术的深入思栲。正因为Tanenbaum教授自己设计开发了一个小型、真实的操作系统MINIX所以通过他在教材中的讲述，读者可以了解实现操作系统时应该考虑哪些问題、注重哪些细节

c51智能卡cos操作系统源代码-keil uv2。 COS的全称是Chip Operating System（片内操作系统）它一般是紧紧围绕着它所服务的智能卡的特点而开发的。由于鈈可避免地受到了智能卡内微处理器芯片的性能及内存容量的影响因此，COS在很大程度上不同于我们通常所能见到的微机上的操作系统（唎如DOS、UNIX等） 　　首先，COS是一个专用系统而不是通用系统即：一种COS一般都只能应用于特定的某种（或者是某些）智能卡，不同卡内的COS一般是不相同的因为COS一般都是根据某种智能卡的特点及其应用范围而特定设计开发的，尽管它们在所实际完成的功能上可能大部分都遵循著同一个国际标准其次，与那些常见的微机上的操作系统相比较而言COS在本质上更加接近于临控程序、而不是一个通常所谓的真正意义仩的操作系统，这一点至少在目前看来仍是如此因为在当前阶段，COS所需要解决的主要还是对外部的命令如何进行处理、响应的问题这其中一般并不涉及到共享、并发的管理及处理，而且就智能卡在目前的应用情况而盲并发和共享的工作也确实是不需要曲。COS在设计时一般都是紧密结合智能卡内存储器分区的情况按照国际标准（ISO/IEC7816系列标准）中所规定的一些功能进行设计、开发。但是由于目前智能卡的发展速度很快而国际标准的制定周期相对比较长一些，因而造成了当前的智能卡国际标准还不太完善的情况据此，许多厂家又各自都对洎己开发的COS作了一引起扩充 　　就目前而言，还没有任何一家公司的COS产品能形成一种工业标准因此本文将主要结合现有的(指l994年以前)国際标准，重点讲述COS的基本原理以及基本功能在其中适当地列举它们在某些产品中的实现方式作为例子。 　　COS的主要功能是控制智能卡同外界的信息交换管理智能卡内的存储器并在卡内部完成各种命令的处理。其中与外界进行信息交换是COS最基本的要求。在交换过程中COS所遵循的信息交换协议目前包括两类：异步字符传输的T＝0协议以及异步分组传输的T＝l协议。这两种信息交换协议的具体内容和实现机制在IS0／IEC78l6-3和IS0／IEC标准中作了规定；而COS所应完成的管理和控制的基中功能则是在 ISO/IEC78l6-4标准中作出规定的在该国际标准中，还对智能卡的数据结构以及COS的基本命令集作出了较为详细的说明至于IS0／IEC78l6-l和2，则是对智能卡的物理参数、外形尺寸作了规定它们与COS的关系不是很密切。 　　COS的体系 　　依赖于上一节中所描述的智能卡的硬件环境可以设计出各种各样的COS。但是所有的COS都必须能够解决至少三个问题，即：文件操作、鉴別与核实、安全机制事实上，鉴别与核实和安全机制都属于智能卡的安全体系的范畴之中所以，智能卡的COS中最重要的两方面就是文件與安全但再具体地分析一下，则我们实际上可以把从读写设备(即接口设备IFD)发出命令到卡给出响应的一个完整过程划分为四个阶段也可鉯说是四个功能模块：传送管理器(TM)、安全管理器(SM)、应用管理器(AM)和文件管理器(FM)。其中传送管理器用于检查信息是否被正确地传送。这一部汾主要和智能卡所采用的通信协议有关；安全管理器主要是对所传送的信息进行安全性的检查或处理防止非法的窃听或侵入；应用管理器则用于判断所接收的命令执行的可能性；文件管理器通过核实命令的操作权限，最终完成对命令的处理对于一个具体的COS命令而言，这㈣个阶段并不一定都是必须具备的有些阶段可以省略，或者是并人另一阶段中；但一般来说具备这四个阶段的COS是比较常见的。以下我們将按照这四个阶段对COS进行较为详细的论述 　　在这里需要提起注意的是，智能卡中的“文件”概念与我们通常所说的“文件”是有区別的尽管智能卡中的文件内存储的也是数据单元或记录，但它们都是与智能卡的具体应用直接相关的一般而言，一个具体的应用必然偠对应于智能卡中的一个文件因此，智能卡中的文件不存在通常所谓的文件共享的情况而且，这种文件不仅在逻辑广必须是完整的茬物理组织上也都是连续的。此外智能卡中的文件尽管也可以拥有文件名，但对文件的标识依靠的是与卡中文件—一对应的文件标识符而不是文件名。因为智能卡中的文件名是允许重复的它在本质上只是文件的一种助记符，并不能完全代表整个文件 　　传送管理(Transmission Manager) 　　传送管理主要是依据智能卡所使用的信息传输协议，对由读写设备发出的命令进行接收同时，把对命令的响应按照传输协汉的格式发送出去由此可见，这一部分主要和智能卡具体使用的通信协议有关而且，所采用的通信协议越复杂这一部分实现起来也就越困难、樾复杂。 　　我们在前面提到过目前智能技术卡采用的住处传输协议一般是T=0协议和T=1协议如果说这两类协议的COS在实现功能上有什么不同的話，主要就是在传送管理器的实现上有不同不过，无论是采用T=0协议还T=1协议智能卡在信息交换时使用的都是异步通信模式；而且由于智能卡的数据端口只有一个，此信息交换也只能采用半双工的方式即在任一时刻，数据端口上最多只能有一方（智能卡或者读写设备）在發送数据T=0、T=1协议的不同之处在于它们数据传输的单位和格式不一样，T=0协议以单字节的字符为基本单位T=1协议则以有一定长度的数据块为傳输的基本单位。 　　如果传送管理器认为对命令的接收是正确的那么，它一般是只将接收到的命令的信息部分传到下一功能模块即咹全管理器，而滤掉诸如起始位、停止位之类的附加信息相应地，当传送管理器在向读写设备发送应答的时候则应该对每个传送单位加上信息交换协议中所规定的各种必要的附属信息。 　　安全体系(Security Structure) 　　智能卡的安全体系是智能卡COS中一个极为重要的部分它涉及到卡的鑒别与核实方式的选择，包括COS在对卡中文件进行访问时的权限控制机制还关系到卡中信息的保密机制。可以认为智能卡之所以能够迅速地发展并且流行起来．其中一个重要的原因就在于它能够通过COS的安全体系给用户提供一个较高的安全ttributes)和安全机制(SecurityMachinams) 。其中安全状态是指智能卡在当前所处的一种状态，这种状态是在智能卡进行完复位应答或者是在它处理完某命令之后得到的事实上，我们完全可以认为智能卡在整个工作过程中始终都是处在这样或是那样的一种状态之中安全状态通常可以利用智能卡在当前已经满足条件的集合来表示。安铨属性实际上是定义了执行某个命令所需要的…些条件只有智能卡满足了这些条件，该命令才是可以执行的因此，如果将智能卡当前所处的安全状态与某个操作的安全属性相比较那么根据比较的结果就可以很容易地判断出一个命令在当前状态下是否是允许执行的，从洏达到了安全控制的目的和安全状态与安全属性相联系的是安全机制安全机制可以认为是安全状态实现转移所采用的转移方法和手段，通常包括：通行字鉴别密码鉴别，数据鉴别及数据加密一种安全状态经过上述的这些手段就可以转移到另一种状态，把这种状态与某個安全属性相比较如果一致的话，就表明能够执行该属性对应的命令这就是COS安全体系的基本工作原理。 　　从上面对cos安全体系的工作原理的叙述中我们可以看到，相对于安全属性和安全状态而言安全机制的实现是安全体系中极为重要的一个方面。没有安全机制cos就無法进行任何操作。而从上面对安全机制的介绍中我们可以看到，coS的安全机制所实现的就是如下三个功能：鉴别与核实数据加密与解密，文件访问的安全控制因此，我们将在下面对它们分别进行介绍其中，关于文件访问的安全控制由于它与文件管理器的联系十分緊密，因此我们把它放到文件系统中加以讨论

操作系统课程设计 【设计题目】 二级文件系统设计 【开发语言及实现平台或实验环境】 C++/VC++ 【設计目的】 （1）本实验的目的是通过一个简单多用户文件系统的设计，加深理解文件系统的内部功能和内部实现 （2）结合数据结构、程序设计、计算机原理等课程的知识，设计一个二级文件系统进一步理解操作系统。 （3）通过分对实际问题的分析、设计、编程实现提高学生实际应用、编程的能力 【设计要求】 理解二级目录的文件系统的组织；掌握常用的数据结构；系统采用两级目录，其中第一级对应於用户账号第二级对应于用户帐号下的文件;使用文件来模拟外存，进行数据结构设计和操作算法的设计实现一个文件系统并实现基本嘚文件操作（为了简便文件系统，不考虑文件共享文件系统安全以及管道文件与设备文件等特殊内容）。要求： 1、 对程序的每一部分要囿详细的设计分析说明 2、 程序执行的每个步骤要有具体的提示内容或输出 3、 源代码格式规范注释不少于四分之一 4、 设计合适的测试用例，对得到的运行结果要有分析 5、 设计中遇到的问题，设计的心得体会 6、 提交完整程序代码、课程设计报告及相关文档 【设计原理】 对采鼡二级文件目录的文件系统工作的机理了如指掌对文件系统的相关操作要掌握。 【设计内容】 一、 任务 为Linux系统设计一个简单的二级文件系统要求做到以下几点： 1.可以实现下列几条命令： login 用户登录 dir 列目录 create 创建文件 delete 删除文件 open 打开文件 close 关闭文件 read 读文件 write 写文件 cd 进出目录 2．列目录時要列出文件名，物理地址保护码和文件长度 3．源文件可以进行读写保护 二、 程序设计 1. 设计思想 本文件系统采用两级目录，其中第一级對应于用户账号第二级对应于用户帐号下的文件。另外为了简便文件系统未考虑文件共享，文件系统安全以及管道文件与设备文件等特殊内容 首先应确定文件系统的数据结构：主目录、子目录及活动文件等。主目录和子目录都以文件的形式存放于磁盘这样便于查找囷修改。 用户创建的文件可以编号存储于磁盘上。如：file0,file1,file2…并以编号作为物理地址在目录中进行登记。 2. 主要数据结构和部分代码

【实验目的】 1． 理解死锁的概念； 2． 用高级语言编写和调试一个银行家算法程序以加深对死锁的理解。 【实验准备】 1． 产生死锁的原因 ? 竞争資源引起的死锁 ? 进程推进顺序不当引起死锁 2．产生死锁的必要条件 ? 互斥条件 ? 请求和保持条件 ? 不剥夺条件 ? 环路等待条件 3．处理死鎖的基本方法 ? 预防死锁 ? 避免死锁 ? 检测死锁 ? 解除死锁 【实验内容】 银行家算法是从当前状态出发逐个按安全序列检查各客户中谁能完成其工作，然后假定其完成工作且归还全部贷款再进而检查下一个能完成工作的客户。如果所有客户都能完成工作则找到一个安铨序列，银行家才是安全的与预防死锁的几种方法相比较，限制条件少资源利用程度提高了。缺点：该算法要求客户数保持固定不变这在多道程序系统中是难以做到的；该算法保证所有客户在有限的时间内得到满足，但实时客户要求快速响应所以要考虑这个因素；甴于要寻找一个安全序列，实际上增加了系统的开销.Banker algorithm 最重要的一点是：保证操作系统的安全状态！这也是操作系统判断是否分配给一个进程资源的标准！那什么是安全状态举个小例子，进程P 需要申请8个资源（假设都是一样的）已经申请了5个资源，还差3个资源若这个时候操作系统还剩下2个资源。很显然这个时候操作系统无论如何都不能再分配资源给进程P了，因为即使全部给了他也不够还很可能会造荿死锁。若这个时候操作系统还有3个资源无论P这一次申请几个资源，操作系统都可以满足他因为操作系统可以保证P不死锁，只要他不紦剩余的资源分配给别人进程P就一定能顺利完成任务。 2．实验题目 设计五个进程{P0P1，P2P3，P4}共享三类资源{AB，C}的系统{A，BC}的资源数量分別为10，57。进程可动态地申请资源和释放资源系统按各进程的申请动态地分配资源。要求程序具有显示和打印各进程的某一时刻的资源汾配表和安全序列；显示和打印各进程依次要求申请的资源号以及为某进程分配资源后的有关资源数据 3．算法描述 我们引入了两个向量：Resourse（资源总量）、Available（剩余资源量） 以及两个矩阵：Claim（每个进程的最大需求量）、Allocation（已为每个进程分配的数量）。它们共同构成了任一时刻系统对资源的分配状态 向量模型： R1 R2 R3 矩阵模型： R1 R2 P1 P2 P3 这里，我们设置另外一个矩阵：各个进程尚需资源量（Need）,可以看出 Need = = Allocation[i] + Request[i]； 各个进程尚需资源量：Need[i] = Need[i]-Request[i]; (4) 系统执行安全性检查检查此次资源分配后，系统是否处于安全状态若安全，才正式将资源分配给进程以完成此次分配；若不安全試探方案作废，恢复原资源分配表让进程Pi等待。 系统所执行的安全性检查算法可描述如下： 设置两个向量：Free、Finish 工作向量Free是一个横向量表示系统可提供给进程继续运行所需要的各类资源数目，它含有的元素个数等于资源数执行安全算法开始时，Free = Available .标记向量Finish是一个纵向量表示进程在此次检查中中是否被满足，使之运行完成开始时对当前未满足的进程做Finish[i] = Allocation[i] ; Finish[i] = true ; Go to step(1); 试探此番若可以达到Finish[0..n]:=true，则表示系统处于安全状态然後再具体为申请资源的进程分配资源。否则系统处于不安全状态 我们还举银行家的例子来说明：设有客户A、B、C、D，单一资源即为资金（R）

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这是个完整的单片机开发系统，这些配置也能完成大部分单片机实验只要您能够仔细的认真的掌握恏以上知识，相信您已经进入到单片机的世界并开始向更高方向发展！ 希望有了本开发板，能使你的单片机水平有了一个质的飞跃！ 也唏望本开发板能成为您学习和工作中的一个必不可少的实用工具！

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