一個64位操作系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

第 一部分　操作系統(tǒng)相關知識介紹及環(huán)境搭建
第　1章 操作系統(tǒng)概述　4
1．1　什么是操作系統(tǒng)　4
1．2　操作系統(tǒng)的組成結構　4
1．3　編寫操作系統(tǒng)需要的知識　7
1．4　本書操作系統(tǒng)簡介　8
第　2章 環(huán)境搭建及基礎知識　9
2．1　虛擬機及開發(fā)系統(tǒng)平臺介紹　9
2．1．1　VMware的安裝　9
2．1．2　編譯環(huán)境CentOS 6　10
2．1．3　Bochs虛擬機　11
2．2　匯編語言　14
2．2．1　AT&T匯編語言格式與Intel匯編語言格式　14
2．2．2　NASM編譯器　16
2．2．3　使用匯編語言調(diào)用C語言的函數(shù)　16
2．3　C語言　19
2．3．1　GNU C內(nèi)嵌匯編語言　20
2．3．2　GNU C語言對標準C語言的擴展　23
第二部分　初級篇
第3章　BootLoader引導啟動程序　30
3．1　Boot引導程序　30
3．1．1　BIOS引導原理　31
3．1．2　寫一個Boot引導程序　32
3．1．3　創(chuàng)建虛擬軟盤鏡像文件　36
3．1．4　在Bochs上運行我們的Boot程序　38
3．1．5　加載Loader到內(nèi)存　40
3．1．6　從Boot跳轉(zhuǎn)到Loader程序　52
3．2　Loader引導加載程序　54
3．2．1　Loader原理　54
3．2．2　寫一個Loader程序　55
3．2．3　從實模式進入保護模式再到IA-32e模式　65
3．2．4　從Loader跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核程序　75
第4章　內(nèi)核層　78
4．1　內(nèi)核執(zhí)行頭程序　78
4．1．1　什么是內(nèi)核執(zhí)行頭程序　78
4．1．2　寫一個內(nèi)核執(zhí)行頭程序　79
4．2　內(nèi)核主程序　83
4．3　屏幕顯示　85
4．3．1　在屏幕上顯示色彩　86
4．3．2　在屏幕上顯示log　88
4．4　系統(tǒng)異?！?00
4．4．1　異常的分類　101
4．4．2　系統(tǒng)異常處理（一）　102
4．4．3　系統(tǒng)異常處理（二）　109
4．5　初級內(nèi)存管理單元　121
4．5．1　獲得物理內(nèi)存信息　121
4．5．2　計算可用物理內(nèi)存頁數(shù)　123
4．5．3　分配可用物理內(nèi)存頁　126
4．6　中斷處理　142
4．6．1　8259A PIC　142
4．6．2　觸發(fā)中斷　148
4．7　鍵盤驅(qū)動　152
4．7．1　簡述鍵盤功能　152
4．7．2　實現(xiàn)鍵盤中斷捕獲函數(shù)　154
4．8　進程管理　155
4．8．1　簡述進程管理模塊　155
4．8．2　PCB　156
4．8．3　init進程　163
第5章　應用層　171
5．1　跳轉(zhuǎn)到應用層　171
5．2　實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用API　180
5．3　實現(xiàn)一個系統(tǒng)調(diào)用處理函數(shù)　185
第三部分　高級篇
第6章　處理器體系結構　190
6．1　基礎功能與新特性　190
6．1．1　運行模式　190
6．1．2　通用寄存器　191
6．1．3　CPUID指令　192
6．1．4　標志寄存器EFLAGS　193
6．1．5　控制寄存器　195
6．1．6　MSR寄存器組　199
6．2　地址空間　199
6．2．1　虛擬地址　200
6．2．2　物理地址　200
6．3　實模式　200
6．3．1　實模式概述　201
6．3．2　實模式的段尋址方式　201
6．3．3　實模式的中斷向量表　201
6．4　保護模式　202
6．4．1　保護模式概述　202
6．4．2　保護模式的段管理機制　206
6．4．3　保護模式的中斷/異常處理機制　214
6．4．4　保護模式的頁管理機制　217
6．4．5　保護模式的地址轉(zhuǎn)換過程　224
6．5　IA-32e模式　226
6．5．1　IA-32e模式概述　226
6．5．2　IA-32e模式的段管理機制　228
6．5．3　IA-32e模式的中斷/異常處理機制　234
6．5．4　IA-32e模式的頁管理機制　234
6．5．5　IA-32e模式的地址轉(zhuǎn)換過程　237
第7章　完善BootLoader功能　238
7．1　實模式的尋址瓶頸　238
7．1．1　錯綜復雜的1 MB物理地址空間　238
7．1．2　突破1 MB物理內(nèi)存瓶頸　239
7．1．3　實模式下的4 GB線性地址尋址　240
7．2　獲取物理地址空間信息　240
7．3　操作系統(tǒng)引導加載階段的內(nèi)存空間劃分　242
7．4　U盤啟動　244
7．4．1　USB-FDD、USB-ZIP和USB-HDD啟動模式的簡介　244
7．4．2　將Boot引導程序移植到U盤中啟動　251
7．5　在物理平臺上啟動操作系統(tǒng)　255
7．6　細說VBE功能的實現(xiàn)　261
7．6．1　VBE規(guī)范概述　261
7．6．2　獲取物理平臺的VBE相關信息　272
7．6．3　設置顯示模式　279
第8章　內(nèi)核主程序　282
8．1　內(nèi)核主程序功能概述　282
8．2　操作系統(tǒng)的Makefile編譯腳本　282
8．3　操作系統(tǒng)的kernel．lds鏈接腳本　286
8．4　操作系統(tǒng)的線性地址空間劃分　289
8．5　獲得處理器的固件信息　290
第9章　高級內(nèi)存管理單元　297
9．1　SLAB內(nèi)存池　297
9．1．1　SLAB內(nèi)存池概述及相關結構體定義　298
9．1．2　SLAB內(nèi)存池的創(chuàng)建與銷毀　299
9．1．3　SLAB內(nèi)存池中對象的分配與回收　302
9．2　基于SLAB內(nèi)存池技術的通用內(nèi)存管理單元　308
9．2．1　通用內(nèi)存管理單元的初始化函數(shù)slab_init　308
9．2．2　通用內(nèi)存的分配函數(shù)kmalloc　312
9．2．3　通用內(nèi)存的回收函數(shù)kfree　317
9．3　調(diào)整物理頁管理功能　321
9．3．1　內(nèi)存管理單元結構及相關函數(shù)調(diào)整　321
9．3．2　調(diào)整alloc_pages函數(shù)　323
9．3．3　創(chuàng)建free_pages函數(shù)　327
9．4　頁表初始化　330
9．4．1　頁表重新初始化　331
9．4．2　VBE幀緩存區(qū)地址重映射　334
第　10章 高級中斷處理單元　337
10．1　APIC概述　337
10．2　Local APIC　338
10．2．1　Local APIC的基礎信息　338
10．2．2　Local APIC整體結構及各功能描述　344
10．3　I/O APIC　352
10．3．1　I/O APIC控制器的基礎信息　353
10．3．2　I/O APIC整體結構及各引腳功能　356
10．4　中斷控制器的模式選擇與初始化　358
10．4．1　中斷模式　359
10．4．2　Local APIC控制器的初始化　362
10．4．3　I/O APIC控制器的初始化　368
10．5　高級中斷處理功能　375
10．5．1　Linux的中斷處理機制概述　375
10．5．2　實現(xiàn)中斷上半部處理功能　377
第　11章 設備驅(qū)動程序　382
11．1　鍵盤和鼠標驅(qū)動程序　382
11．1．1　鍵盤和鼠標控制器　382
11．1．2　完善鍵盤驅(qū)動　389
11．1．3　實現(xiàn)鼠標驅(qū)動　398
11．2　硬盤驅(qū)動程序　403
11．2．1　硬盤設備初探　403
11．2．2　完善硬盤驅(qū)動程序　418
第　12章 進程管理　428
12．1　進程管理單元功能概述　428
12．2　多核處理器　429
12．2．1　超線程技術與多核技術概述　429
12．2．2　多核處理器間的IPI通信機制介紹　434
12．2．3　讓我們的系統(tǒng)支持多核　437
12．3　進程調(diào)度器　464
12．3．1　Linux進程調(diào)度器簡介　465
12．3．2　墻上時鐘與定時器　468
12．3．3　內(nèi)核定時器　479
12．3．4　實現(xiàn)進程調(diào)度功能　486
12．4　內(nèi)核同步方法　498
12．4．1　原子變量　498
12．4．2　信號量　499
12．4．3　完善自旋鎖　501
12．5　完善進程管理單元　503
12．5．1　完善PCB與處理器運行環(huán)境　503
12．5．2　完善進程調(diào)度器和AP處理器引導程序　508
12．5．3　關于線程　514
第　13章 文件系統(tǒng)　516
13．1　文件系統(tǒng)概述　516
13．2　解析FAT32文件系統(tǒng)　517
13．2．1　FAT32文件系統(tǒng)簡介　517
13．2．2　通過實例深入解析FAT32文件系統(tǒng)　523
13．2．3　實現(xiàn)基于路徑名的文件系統(tǒng)檢索功能　532
13．3　虛擬文件系統(tǒng)　552
13．3．1　Linux VFS簡介　552
13．3．2　實現(xiàn)VFS　554
第　14章 系統(tǒng)調(diào)用API庫　566
14．1　系統(tǒng)調(diào)用API結構　566
14．2　基于POSIX規(guī)范實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用API庫　567
14．2．1　POSIX規(guī)范下的系統(tǒng)調(diào)用API簡介　567
14．2．2　升級系統(tǒng)調(diào)用模塊　568
14．2．3　基礎文件操作的系統(tǒng)調(diào)用API實現(xiàn)　574
14．2．4　進程創(chuàng)建的系統(tǒng)調(diào)用API實現(xiàn)　599
14．2．5　內(nèi)存管理的基礎系統(tǒng)調(diào)用API實現(xiàn)　618
第　15章 Shell命令解析器及命令　626
15．1　Shell命令解析器　626
15．1．1　Shell命令解析器概述　626
15．1．2　實現(xiàn)Shell命令解析器　627
15．2　基礎命令　641
15．2．1　重啟命令reboot　641
15．2．2　工作目錄切換命令cd　642
15．2．3　目錄內(nèi)容顯示命令ls　645
15．2．4　文件查看命令cat　654
15．2．5　程序執(zhí)行命令exec　655
第　16章 一個彩蛋　665
附錄　術語表　676
參考資料　679