穿越操作系统迷雾：从零实现操作系统

　　Contents
　　前　言
　　第1章　计算机基础　1
　　1.1　认识电　1
　　1.2　信息表示　5
　　1.2.1　二进制　5
　　1.2.2　十六进制　6
　　1.3　计算　7
　　1.3.1　逻辑运算　8
　　1.3.2　逻辑门　8
　　1.3.3　加法器　10
　　1.4　内存　12
　　1.4.1　物理实现　12
　　1.4.2　数学抽象　16
　　1.5　总线　17
　　1.6　寄存器　20
　　1.7　程序　22
　　1.8　外存　26
　　1.9　外设及接口　27
　　1.9.1　I/O地址空间　28
　　1.9.2　内存映射I/O　29
　　1.10　地址空间　30
　　1.11　数学模型到物理世界　31
　　第2章　认识Linux　34
　　2.1　什么是操作系统　34
　　2.2　文件系统　35
　　2.3　终端　37
　　2.4　shell　39
　　2.5　Linux常用命令　40
　　2.6　ANSI转义序列　43
　　2.7　编辑器　45
　　2.8　准备“物理”计算机　47
　　第3章　机器语言程序设计　49
　　3.1　程序及指令　49
　　3.2　补码　50
　　3.3　ASCII码　52
　　3.4　串口　53
　　3.5　“向串口写字符A”的
　　程序流程　55
　　3.6　写外设指令　55
　　3.7　准备源操作数　57
　　3.8　准备目的操作数　58
　　3.9　跳转指令　59
　　3.10　创建程序文件　60
　　3.11　程序执行过程　61
　　3.12　使用kvmtool运行程序　69
　　第4章　汇编语言程序设计　71
　　4.1　初识汇编语言　71
　　4.2　段及段寄存器　72
　　4.3　指令指针寄存器　74
　　4.4　通用寄存器　75
　　4.5　标志寄存器　76
　　4.6　汇编指令格式　78
　　4.7　第一个汇编程序　78
　　4.7.1　汇编和链接　79
　　4.7.2　运行　80
　　4.7.3　显式设置操作数的
　　段寄存器　83
　　4.7.4　伪指令.code16　85
　　4.8　构建工具Make　85
　　4.9　操作数寻址　86
　　4.9.1　立即数寻址　87
　　4.9.2　直接寻址　88
　　4.9.3　ModR/M寻址　89
　　4.9.4　SIB寻址　94
　　4.9.5　SIB disp寻址　98
　　4.10　程序运行流程控制　101
　　4.10.1　选择　101
　　4.10.2　循环　102
　　4.11　栈　103
　　4.12　函数及x86调用约定　107
　　4.12.1　call和ret指令　108
　　4.12.2　栈帧　110
　　4.12.3　多模块及符号可见性　113
　　4.12.4　参数传递　114
　　4.12.5　局部变量　116
　　4.12.6　返回值及参数清理　118
　　4.12.7　寄存器保存和恢复　119
　　4.13　链接　122
　　4.13.1　目标文件合并　123
　　4.13.2　符号解析　125
　　4.13.3　符号的可见性　128
　　第5章　C语言程序设计　129
　　5.1　基本语法　130
　　5.1.1　词法元素　130
　　5.1.2　表达式　131
　　5.1.3　声明　132
　　5.1.4　语句　133
　　5.1.5　标识符　135
　　5.1.6　对象的存储类别　138
　　5.1.7　头文件　138
　　5.1.8　预处理指令　139
　　5.2　C语言入口　141
　　5.3　第一个C程序　142
　　5.4　从C语言到机器语言　143
　　5.5　变量　145
　　5.5.1　变量类型　146
　　5.5.2　局部变量　147
　　5.5.3　全局变量　150
　　5.5.4　全局变量的链接性　151
　　5.5.5　静态局部变量　152
　　5.5.6　变量类型转换　154
　　5.5.7　溢出　155
　　5.6　运算　157
　　5.6.1　算术运算　157
　　5.6.2　递增和递减　158
　　5.6.3　关系运算　159
　　5.6.4　逻辑运算　161
　　5.6.5　位运算　163
　　5.6.6　赋值运算　164
　　5.6.7　运算的优先级和结合性　165
　　5.7　程序运行流程控制　166
　　5.7.1　选择　166
　　5.7.2　循环　168
　　5.8　数组　172
　　5.9　结构体　175
　　5.9.1　基本语法　175
　　5.9.2　内存布局　176
　　5.9.3　位域　179
　　5.10　指针　180
　　5.10.1　基本语法　181
　　5.10.2　指向结构体的指针　183
　　5.10.3　指针的 /-运算　185
　　5.10.4　双指针　186
　　5.10.5　void指针　188
　　5.10.6　空指针　189
　　5.11　函数　189
　　5.11.1　基本语法　189
　　5.11.2　参数的值传递和
　　指针传递　191
　　5.11.3　const参数　195
　　5.11.4　函数指针　195
　　5.12　内联汇编　197
　　第6章　32位引导过程　200
　　6.1　实模式　200
　　6.2　保护模式　201
　　6.3　内核映像组成及布局　203
　　6.3.1　实模式地址空间　203
　　6.3.2　内核映像的布局　205
　　6.3.3　内核映像文件组织　206
　　6.4　创建保护模式的段描述符　207
　　6.4.1　段描述符格式　207
　　6.4.2　保护模式的内核代码段
　　描述符　208
　　6.4.3　保护模式的内核数据段
　　描述符　210
　　6.4.4　创建保护模式的段
　　描述符表　210
　　6.5　告知处理器段描述符表地址　211
　　6.6　开启处理器保护模式　212
　　6.7　跳转到内核保护模式部分　213
　　6.7.1　准备保护模式部分　213
　　6.7.2　跳转到保护模式部分　214
　　6.8　编译及创建内核映像文件　215
　　6.8.1　编译内核　215
　　6.8.2

　　内容简介这是一本能指导零计算机基础的读者轻松理解计算机软硬件和操作系统工作原理，从而自己动手从0到1编写出一个操作系统的著作。作者在操作系统领域深度耕耘20余载，不仅一直奋斗在百度等企业一线，而且一直致力于操作系统的教育和布道，希望能帮助和指导越来越多的人，尤其是青少年，能从学生时代开始学习操作系统，能从底层原理真正理解操作系统，改变我国基础软件受制于人的现状。本书不仅是作者悟透操作系统本质、厚积薄发的成果，而且是他将复杂的操作系统原理化繁为简、举重若轻，成功指导自己9岁的孩子从0到1编写出一个操作系统的过程的全面复盘和复现。本书驱散了操作系统的迷雾，让操作系统不再神秘和高不可攀，让每一个怀揣操作系统梦的中国人都能理解并实现自己的操作系统。全书一共14章，逻辑上分为上下两篇。上篇（第1~5章） 计算机软硬件基础和原理从计算机如何使用电进行计算开始，首先讲述了电是如何抽象为信息的，处理器是怎样进行运算的，内存是怎样存储信息的，处理器和内存是怎样通过总线连接起来的，处理器是如何访问外设的，之后讲述了这些部件是如何结合起来运行程序的。然后通过使用机器语言编写一个程序，让读者深刻地理解指令和程序。接下来，结合汇编语言讲述了计算机体系结构。最后，从C编译器如何将C语法翻译为汇编语言的角度，聚焦语法后面的本质，让读者彻底地理解C语言，而不再纠结在语言表面的语法。下篇（第6~14章） 从0到1实现一个操作系统从系统引导（包含32位和64位）开始讲起，先后实现并阐述了内存管理、进程管理、中断、进程调度、系统调用、进程间通信，最后实现了在显示器上实现字符以及图形输出，并能接收键盘输入。除了直接从应用程序直接访问内核外，还展示了C库等概念，展示了从应用软件到C库、图形库，最后到内核的完整软件栈。