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C语言和汇编语言编写操作系统实践教程

5星 · 超过95%的资源 | 下载需积分: 10 | 19.93MB | 更新于2025-06-07 | 169 浏览量 | 220 下载量 举报 5 收藏
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知识点分析: 1. 操作系统的原理与实现 本书通过实例代码,指导读者使用C语言和汇编语言编写一个具有基本功能的操作系统。详细分析了操作系统的核心原理,并在开发过程中注意细节,旨在帮助读者深刻理解并实践操作系统的设计与实现。 2. 最小化操作系统开发 第1章通过编写一个最小化的“操作系统”来入门,包括准备开发环境、理解Boot Sector、以及对代码的逐行解释,揭示了操作系统启动过程中水面下的冰山。 3. 工作环境搭建 详细介绍了如何搭建工作环境,包括使用虚拟计算机(如Virtual PC)、编译器(NASM和GCC)、虚拟Linux、Bochs等工具。还提供了在不同系统环境下安装与配置的步骤,以及Bochs调试工具的使用。 4. 保护模式的深入理解 第3章专注于保护模式的介绍,包括GDT(全局描述符表)、LDT(局部描述符表)、特权级、页式存储、中断和异常处理机制。这部分内容涉及到操作系统中内存管理和CPU权限控制的核心概念。 5. 操作系统内核开发 第4章和第5章指导读者如何将操作系统引导至保护模式,并逐步构建内核的雏形。涵盖了从Loader到内核的加载过程、中断处理的建立、ELF文件格式以及内核的调试方法。 6. 进程管理的实现 第6章深入讲解了进程的概念,介绍了进程调度、系统调用、多进程的管理,以及如何实现简单的进程切换和中断处理。 7. 输入/输出系统的构建 第7章讨论了如何构建输入/输出系统,包括键盘和显示器的处理。详细说明了键盘中断的处理、TTY任务的构建,以及区分任务和用户进程的方法。 8. 开发工具和调试技巧 全书中穿插了对开发工具的介绍和使用技巧,如NASM、GCC编译器的使用,以及Makefile的编写,对于操作系统开发的调试方法也有详细的解释。 9. 实例代码与实践案例 书中通过对实例代码的深入解析,确保读者能够理解并跟上每一步的操作,书中也提供了一些实践案例,帮助读者更有效地学习。 总结而言,该书不仅为读者提供了理论知识,更重要的是提供了一个动手实践操作系统开发的路线图,深入浅出地展示了操作系统从无到有的整个开发过程,涵盖了从环境配置、内核编写到进程管理和输入输出处理的各个方面。通过阅读并实践本书的知识,读者能够获得操作系统开发的宝贵经验。

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第1章 马上动手写一个最小的“操作系统”1 1.1 准备工作1 1.2 10分钟完成的操作系统1 1.3 Boot Sector3 1.4 代码解释3 1.5 水面下的冰山5 1.6 回顾6 第2章 搭建你的工作环境7 2.1 虚拟计算机(Virtual PC)7 2.1.1 Virtual PC初体验8 2.1.2 创建你的第一个Virtual PC9 2.1.3 虚拟软盘研究12 2.1.4 虚拟软盘实战14 2.2 编译器(NASM & GCC)18 2.3 安装虚拟Linux19 2.4 在虚拟Linux上访问Windows文件夹26 2.5 安装虚拟PCDOS26 2.6 其他要素29 2.7 Bochs29 2.7.1 Bochs vs. Virtual PC vs. VMware30 2.7.2 Bochs的使用方法31 2.7.3 用Bochs进行调试33 2.7.4 在Linux上开发34 2.8 总结与回顾36 第3章 保护模式(Protect Mode)37 3.1 认识保护模式37 3.1.1 GDT(Global Descriptor Table) 42 3.1.2 实模式到保护模式,不一般的jmp45 3.1.3 描述符属性47 3.2 保护模式进阶50 3.2.1 海阔凭鱼跃50 3.2.2 LDT(Local Descriptor Table)58 3.2.3 特权级62 3.3 页式存储82 3.3.1 分页机制概述83 3.3.2 编写代码启动分页机制84 3.3.3 PDE和PTE85 3.3.4 cr388 3.3.5 回头看代码88 3.3.6 克勤克俭用内存90 3.3.7 进一步体会分页机制100 3.4 中断和异常107 3.4.1 中断和异常机制109 3.4.2 外部中断111 3.4.3 编程操作8259A113 3.4.4 建立IDT116 3.4.5 实现一个中断117 3.4.6 时钟中断试验119 3.4.7 几点额外说明121 3.5 保护模式下的I/O122 3.5.1 IOPL122 3.5.2 I/O许可位图(I/O Permission Bitmap)123 3.6 保护模式小结123 第4章 让操作系统走进保护模式125 4.1 突破512字节的限制125 4.1.1 FAT12126 4.1.2 DOS可以识别的引导盘131 4.1.3 一个最简单的Loader132 4.1.4 加载Loader入内存133 4.1.5 向Loader交出控制权142 4.1.6 整理boot.asm142 4.2 保护模式下的“操作系统”144 第5章 内核雏形146 5.1 用NASM在Linux下写Hello World146 5.2 再进一步,汇编和C同步使用148 5.3 ELF(Executable and Linkable Format)150 5.4 从Loader到内核155 5.4.1 用Loader加载ELF155 5.4.2 跳入保护模式161 5.4.3 重新放置内核170 5.4.4 向内核交出控制权175 5.4.5 操作系统的调试方法176 5.5 扩充内核184 5.5.1 切换堆栈和GDT184 5.5.2 整理我们的文件夹191 5.5.3 Makefile191 5.5.4 添加中断处理200 5.5.5 两点说明218 5.6 小结219 第6章 进程221 6.1 迟到的进程221 6.2 概述222 6.2.1 进程介绍222 6.2.2 未雨绸缪——形成进程的必要考虑222 6.2.3 参考的代码224 6.3 最简单的进程224 6.3.1 简单进程的关键技术预测225 6.3.2 第一步——ring0→ring1227 6.3.3 第二步——丰富中断处理程序243 6.3.4 进程体设计技巧254 6.4 多进程256 6.4.1 添加一个进程体256 6.4.2 相关的变量和宏257 6.4.3 进程表初始化代码扩充258 6.4.4 LDT260 6.4.5 修改中断处理程序261 6.4.6 添加一个任务的步骤总结263 6.4.7 号外:Minix的中断处理265 6.4.8 代码回顾与整理269 6.5 系统调用280 6.5.1 实现一个简单的系统调用280 6.5.2 get_ticks的应用286 6.6 进程调度292 6.6.1 避免对称——进程的节奏感292 6.6.2 优先级调度总结300 第7章 输入/输出系统302 7.1 键盘302 7.1.1 从中断开始——键盘初体验302 7.1.2 AT、PS/2键盘304 7.1.3 键盘敲击的过程304 7.1.4 解析扫描码309 7.2 显示器325 7.2.1 初识TTY325 7.2.2 基本概念326 7.2.3 寄存器328 7.3 TTY任务332 7.3.1 TTY任务框架的搭建334 7.3.2 多控制台340 7.3.3 完善键盘处理346 7.3.4 TTY任务总结354 7.4 区分任务和用户进程354 7.5 printf357 7.5.1 为进程指定TTY357 7.5.2 printf()的实现358 7.5.3 系统调用write()361 7.5.4 使用printf()363 后记366 参考文献369 附录书中的章节和代码对照表370
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