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 […]

自制操作系统（5）：GDT与IDT 在上一篇文章，我们完善了控制台逻辑，拥有了一套比较可用的控制台输出函数，这为我们后续的调试提供了基础。 现在，我们来稍微给kernel_main加一句代码，来测试一下会发生什么： printf("1 / 0 = %d\n", 1 / 0); 可以看到，我们的系统居然被这个小小的除0打败了，正在不断的重启，没有办法进入系统了！ 这很荒谬，但是究其原因，是我们没有正确地设置中断描述符表（IDT），今天我们就来围绕IDT，还有相关的GDT来完善我们的操作系统。 GDT（全局描述符表） 要设置IDT，我们最好先设置好自己的GDT； 而聊到GDT， […]

自制操作系统（4）：libc完善——控制台逻辑完善更多的输出字体 在上一篇文章我们重构了kernel，创造了一个简陋的libc，并成功地把二者链接了起来。 下面我们来完善这个libc，首先从一些“所见即所得”的东西入手，今天最终的目标是用这个libc来输出一个露米娅的AA（ASCII ART）。 字体完善-从8*8到8*16 现在8*8的字体有点不够带劲，而且只支持几个简单的字体，我们让AI生成一个更大更完善的字体库，并稍微修改一下我们的终端输出逻辑，具体是，我们检测到当前要输出的是换行符的话，我们重置字符输出的列，并将输出的行+1.（你说这应该是\r\n而不是\n？我觉得像Unix那样简单点 […]

自制操作系统（3）：从Bare bone到Meaty skeleton（下） 在上一节，我们重新组织了文件架构，重构了一些代码，并引入了makefile来辅助构建，我们可以用更干净的架构去输出我们的Hello world了。 extern "C" void kernel_main(multiboot_info_t* mbi) { // 1. 初始化硬件 terminal_initialize(mbi); // 2. 定义颜色 uint32_t white = 0x00FFFFFF; uint32_t green = 0x0000FF00; // 3. 业务逻辑：打印字符 / […]

自制操作系统（2）：从Bare bone到Meaty skeleton（上） 在上一节，我们利用GRUB来实现了引导程序，并成功在屏幕上输出了Hello world。 虽然代码是用AI写的，但是我们已经把比较繁琐的编译环境配置这项搞定了！~可喜可贺。 可是瞅一眼我们的配置目录，我们会发现这里面堆放的文件很杂乱。 我们应该用某种规则来重新组织下我们的文件，虽然现在的文件不多，但是随着我们逐步完善操作系统，文件数量肯定会越来越多，因此我们要提前做好规划。我们不妨用下面的方式来组织我们的文件： 目标结构：Meaty Skeleton 的“四大支柱” 我们要将项目拆分为四个核心逻辑区域。这种结构模仿了 […]

自制操作系统（1）：内核Hello world 注：这篇文章并不完整，因为我一开始没打算记录制作的全过程，所以一开始并没有写这一章...后面会把它补充完整，请见谅。 全程参考：https://osdev.wiki/wiki/Multiboot1_Bare_Bones。 毫不避讳地说，Bare bone这里AI帮我写了绝大部分的代码，因为：1、这部分代码不多，而且绝大部分在后面会被替代；2、我没有进行过内核编程，我不想太过苛求自己，让自己一开始就困在各种报错和调试中，为自己带来太多的挫败感；3、我想先让自己能尽快“看到点什么”——反馈是很重要的！ 开发环境 WSL2+VSCode 准备工作：交叉 […]