自制操作系统（15）：虚拟文件系统 在上一节我们实现了用户态程序的封装编译和加载，完善了系统调用和libc库、crt0，还把shell迁移到了用户空间。今天，我们要干点更激动人心的事情：实现一个基于ustar的文件系统！ 不过，我们先来解决一些遗留问题… 一些遗留问题的解决 我们先来做一些收尾操作，之前有些todo的事项放了太久了，后面就积重难返了，所以我们现在集中解决下。 低地址资源重映射和清理 我们的mbi和pmm初始化时遗留的一些数据一直占据着低地址区域，我们是时候考虑它们的去向了。 mbi的数据只会在内核启动初期用到，所以我们可以直接把它清掉，但是记录pmm就需要重新做映 […]

自制操作系统（14）：独立用户态程序封装、编译与加载 上一节，我们终于把我们的一小段函数搬到了用户态，但是这个函数居然连调用libc的函数都做不到！看来，是时候把我们从用户态给分离出去了。 独立的用户态程序——简单示例 我们的征程当然不能止步于Hello world，接下来我们要独立编译出用户态的二进制程序，结合Grub Module加载程序到内存，我们再从Kernel_main读取内存内容创建进程。我们先写一个极简的程序来完成分离编译，后面再逐步完善。 独立编译准备 是时候在我们的根目录新建一个user目录来存放我们的用户态程序源文件了。我们先在底下创建一个Makefile： # 编译器设置 […]

自制操作系统（13）：用户态进程 上一篇，我们把内核态进程给收了下尾，完善了很多进程相关的特性，但是我们现在还是处于内核态。 而从这一节开始，我们终于要走出内核态，步入用户态的世界了。 用户态vs内核态 …但是我们为什么需要用户态进程呢？ 你可能会想，用户态更安全，因为它只能够执行一些非特权指令，以及调用我们给它准备好的系统调用，而且即使用户态的进程崩溃了，也不会导致整个操作系统的崩溃，用户态的进程也有自己的虚拟地址空间，不会污染到内核空间。是的！这就是我们之前做内核进程时回避掉的一点：隔离！而今天我们就要来实现它。 用户态进程创建的基础设施 要创建用户态的进程，得思考下面两个问 […]

自制操作系统（12）：进程创建、调度与切换（下） 上一篇，我们在自制的操作系统中实现了一个初步的多进程实现，之所以说是初步实现，是因为现在多进程的调度器调度算法还不公平，而且调度时，不应该排除0号进程，而且我们能接受的入口点函数不应该排除带入参的情况。 分离shell 我们先做点简单的事，把shell从我们的0号进程分离开，作为1号进程，其实就是提取成一个函数，再在kernel_main用create_process去启动。 extern "C" void kernel_main(multiboot_info_t* mbi) { pmm_prepare(mbi); ... […]

自制操作系统（11）：进程创建、调度与切换（上） 在上几章，我们成功地在我们的操作系统实现了内存管理模块，我们可以申请任意的堆空间了。那么接下来，我们进行勇敢的迈进——来看看怎么实现多进程。 多进程的本质 要聊多进程就得先聊聊进程，通俗地讲，进程就是运行中的程序，程序在我们的硬盘上，只是一个简单的文件，我们按它的规则把它读到内存里面，再把我们”下一条要执行的指令“指向这个程序的入口点，下面就能让这个程序的指令协同其数据在CPU上运行，这才是一个进程。我们现在的内核进程就是这样的。 多进程的本质是时分复用。一个CPU同时只能执行一条指令，但是通过在不同进程之前的快速切换，看起来就会像是同时在运行 […]

自制操作系统（10）：内核堆分配器 在上一节，我们成功地实现了虚拟内存管理器，并把显存的映射进行了重新调整，但是现在我们能申请的内存粒度过大，如果有这么一种经常出现情况：我们只需要申请若干个字节的内存，余下的内存就是一种浪费，造成过多的内部碎片。因此我们需要为内核开发实现一个粒度更小的可用空间管理器，也就是内核堆分配器。有了这样的分配器，我们就能像使用用户态的malloc和free一样，用kmalloc和free申请堆内存了。 接口 老规矩，我们先通过外部的接口来判断它能为我们带来什么。 void kheap_init(); void* kmalloc(uint32_t size); void […]

自制操作系统（9）：虚拟内存管理 在上一节，咱们实现了用Multiboot协议拿到空闲物理内存的分布，以及用自己实现的物理内存管理器（PMM）对这些空闲内存进行管理。但是现在还有一个问题，我们从PMM拿到的都是物理内存地址，而我们已经开启了分页机制，这使我们面临两个问题： 1、不是所有的空闲内存物理地址，都有对应的页映射。也就是很大一部分物理内存，是没办法通过虚拟地址访问的。 2、即使是那些有对应页映射的物理内存，我们也没办法直接访问，需要将物理内存地址映射到虚拟地址才能使用这些空闲内存，目前我们是采用硬编码的方式（+0xC0000000）； 那么接下来，我们要实现的虚拟内存管理，就能解决这两 […]

自制操作系统（8）：物理内存管理 上一节，我们开启了时钟中断并实现了sleep函数，最重要的是：我们把之前留下来的一个坑——高半区内核，给填上了。但是因为我们过于“硬核”的显存区域映射方式，我们又留下了一个新的坑，不过不用担心，我们接下来将要实现的内存管理，就是可以把这个坑填上的一个特性。 接下来，我们开始涉足内存管理的领域，来谈谈怎么样管理物理内存。 为什么要进行内存管理呢？说白了，我们现在的内存不像以前那样寸土寸金，但是也不是用之不竭的，最好就是无论是内核还是用户进程，需要用到内存的时候，我们能够在内存里面找到一块空闲的地方，然后分配给它；声明用不到的话，我们又能回收掉这段内存，以备不时之 […]

自制操作系统（7）：定时中断与sleep()，迁移内核到高半区 在上一节，我们成功地接管了键盘的中断，并重构了一些代码，实现键盘驱动，并实现了一个玩具Shell，今天我们要搞点硬核的东西，但是在此之前，我们先来点轻松的——实现一个sleep函数。 PIT（可编程间隔定时器） PIT接收一个保持一定频率（1,193,182 Hz）的振荡器产生的输入信号，然后根据通过栅极输入（Gate Input）编程的配置，在不同的频道产生不同的栅极输出。PIT与键盘一样也是一种硬件，都可以通过IO端口与CPU进行数据互通。因此，我们可以通过IO端口对其进行编程。 PIT逻辑上有三个频道，0号频道连向了PIC芯 […]

自制操作系统（6）：硬件中断与键盘驱动 上一篇文章我们设置了GDT与IDT，现在，我们的系统能处理软件中断了。今天，我们来让我们的操作系统具备处理硬件中断的能力。 硬件中断 硬件中断相对于软件中断，顾名思义就是由硬件向CPU发出的中断了，比如说键盘输入、硬盘读取等等，都会向CPU发送中断来告知硬件目前所处的状态以及新发生的一些事件。 但是硬件其实并不直接向CPU发送中断，它们俩的桥梁是一个叫8259 PIC（可编程中断控制器） 的芯片。 硬件中断重映射 由于一些早年的不兼容的设计，8259会有默认的，从IRQ到IDT的如下的映射： 主片 (Master PIC)：负责 IRQ 0-7。在 IB […]