一个简易64位操作系统的设计与实现——开篇

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纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行

虽然看完了计算机体系结构相关的几本书，但是仍然觉得对操作系统和底层硬件的理解不够深入。
基于欲速则不达的原则以及财务情况，决定从零开始实现一个简易的64位操作系统，加深对计算机体系结构和操作系统的理解。

设计目标

实现一个简易的64位操作系统，主要包括以下几个方面：

  • 64位操作系统
  • 支持多核处理器
  • 支持多线程
  • 内存管理
  • 异常/中断处理
  • 设备驱动管理
  • 文件系统
  • 支持系统调用
  • 简单的命令解析器和命令

开发环境

开发操作系统的软硬件环境如下：

  • 硬件：MacBook Pro 16英寸(2019)，CPU: i9-9880H，64GB内存
  • OS：MacOS Sequoia 15.4 x86_64
  • 编译器：GCC Apple clang version 17.0.0
  • 汇编器：GAS Apple clang version 17.0.0 AT&T汇编解释器
  • 汇编器：NASM 2.16.03 Intel汇编解释器
  • 链接器：ld ld-1167.4.1
  • 模拟器：Bochs 3.0

开发目录

按照操作系统的功能模块划分，目录结构如下：

1、引导程序

  • 引导程序：负责加载内核和初始化系统。引导程序通常是用汇编语言编写的，直接与硬件交互。

2、内核层

  • 内存管理：负责管理系统内存，包括内存分配、释放和分页等。
  • 异常/中断处理：负责处理系统异常和中断。
  • 文件系统：负责管理文件和目录，包括文件的创建、删除、读写等操作。
  • 进程管理：负责管理进程的创建、调度和终止等操作。
  • 设备驱动：负责管理设备的输入输出，包括键盘、鼠标、显示器等。
  • 系统调用API：负责提供系统调用接口，供用户程序调用。

3、应用层

  • 命令解析器：负责解析用户输入的命令，并调用相应的系统调用。