一个操作系统的设计与实现

26.1 应用处理器 当计算机启动时，不管其中有多少个CPU，都只有一个CPU会真正启动，这个CPU就称为引导处理器（Bootstrap Processor，BSP）；而其他CPU会等待被BSP唤醒，

25.1 多处理器同步原语的实现原理 当计算机中存在不止一个CPU时，基于关中断的同步原语就失效了。这是因为每个CPU的中断是独立的，关闭一个CPU的中断并不会影响其他CPU。从本质上说，中断由rfl

24.1 64位文件系统 想要实现文件系统，就需要一个超级块和一个文件系统位图。在我们的操作系统中，超级块位于98号扇区，文件系统位图位于99号扇区，文件从100号扇区开始存放。 本章代码24/FS.

23.1 什么是快速系统调用 系统调用是操作系统为3特权级任务提供服务的一种手段。在32位操作系统中，我们通过中断实现了系统调用。由于系统调用是一个使用非常频繁的机制，且中断也不是专门为系统调用设计的

想要实现任务，就需要先安装好TSS与TSS描述符。 64位TSS如下图所示： 如图所示，64位TSS的大小不变，还是104字节。64位CPU淘汰了硬件任务切换和数据段寄存器，因此，64位TSS的组成与

21.1 什么是高级可编程中断控制器 我们已经使用过型号为8259A的可编程中断控制器（Programmable Interrupt Controller，PIC）。在单CPU计算机中，中断的处理相对

20.1 64位ELF格式 在64位模式下，由于内存地址变宽，ELF格式中的内存地址也要跟着变宽。这并不是一个麻烦的问题，因为ELF格式的整体结构没有发生变化，仍然由一个文件头，加上若干程序头表组成。

19.1 64位段描述符与GDT 在32位操作系统中，我们使用的是平坦模型而非分段模型，从而，段描述符的段基址和段限长均成了摆设。在64位模式下，就连CPU也淘汰了分段模型，转而固定使用平坦模型。 6

18.1 引言 我们已经实现了一个运行在保护模式下的操作系统，然而，读者朋友也许不会满足：如今早已是多核CPU，64位操作系统的时代，而我们的操作系统仅仅是单核CPU，32位的。因此，从本章开始，我们

文件系统是操作系统的一个重要模块。本章将要实现的是文件系统。 14.1 什么是文件系统 文件系统是操作系统用于管理硬盘，并使硬盘更易于使用的模块。 想要管理硬盘，就需要记录硬盘扇区的使用情况，可以使用

操作系统最终是供用户使用的，所以其需要具备与用户交互的能力，交互方式可以是命令行，图形界面，甚至是触摸屏，语音，实体按钮等。本章将要实现的是系统交互。 17.1 外壳程序 我们的操作系统使用的是基于命

我们的操作系统虽然已经实现了键盘驱动，但其功能仅限于在屏幕上打印输入的字符，任务并不能读取到这些字符。本章将要实现读取键盘输入的系统调用。 16.1 读取键盘输入的原理 想要让任务读取到键盘输入，最简

到目前为止，我们的操作系统只能输出而不能输入。本章将要实现的是键盘驱动，其能让我们的操作系统接收键盘输入。 15.1 键盘驱动的原理 当按下键盘上的键时，发生了什么呢？原来，每当按下键盘上的键，键盘都

在前面的两章中，我们的操作系统均不支持任务回收，所以任务不能退出。本章将要实现的是任务回收功能。 13.1 任务回收的原理 如果一个任务位于任务队列中，其就会被运行。所以，如果一个任务的运行已经结束，

特权级是保护模式的核心概念之一，但我们的操作系统一直没有引入这个概念。这是因为，特权级只有在3特权级任务存在时才有意义。本章将要实现的是3特权级任务的加载与任务切换。 12.1 特权级 12.1.1

上一章中，我们的操作系统已经支持内核共享，这为任务的加载和运行做好了准备。 本章将要实现的是0特权级任务的加载与任务切换。 11.1 任务切换的原理 11.1.1 协同式与抢占式任务切换 如果CPU上

一直以来，我们的操作系统在启动后，运行的都是Kernel.c中的main函数。只运行这一个函数是不够的，操作系统应当有能力加载并运行其他程序。 从本章开始，将使用四章的篇幅讨论操作系统如何加载并运行任

操作系统应当具备读写硬盘的能力。因此，本章将要实现的是硬盘驱动。硬盘驱动由两个函数构成：读硬盘函数与写硬盘函数。 9.1 读硬盘 想要读硬盘，就需要提供以下三个信息： 起始扇区号 读取的扇区数 数据存

计算机上的任何程序，包括操作系统自己，都需要使用内存。因此，操作系统需要实现内存管理系统，以进行内存的分配和回收。 在我们的操作系统中，内存管理系统由两部分组成：页分配器与页回收器。本章将实现这两个部

7.1 什么是中断 中断是一种能够随时打断CPU正常工作的机制。这句话看着挺别扭的，CPU工作的好好的，为什么要"随时打断"它？这是因为，CPU需要为诸多外部设备提供服务，以键盘为例，当键盘上的键被按