　　《30天自製操作係統》是一本兼具趣味性、實用性與學習性的操作係統圖書。作者從計算機的構造、匯編語言、C語言開始解說，讓讀者在實踐中掌握算法。在這本書的指導下，從零編寫所有代碼，30天後就可以製作齣一個具有窗口係統的32位多任務操作係。
　　《30天自製操作係統》適閤操作係統愛好者和程序設計人員閱讀。

作者簡介

　　川閤秀實（Hidemi Kawai），生於1975年，是一位以“輕量化”編程思想見長的“非主流”開發者。2000年因自行開發的OSASK項目而名聲大噪。OSASK是一個開源的32位微型操作係統，它並非以Linux等內核為基礎，而是完全從零開始開發，在一張軟盤的容量下實現瞭GUI、多任務、多語言等高級特性，啓動時間隻需1秒。本書的內容可以看成是作者以OSASK為藍本，教會讀者從零開始開發一個操作係統，同時可以讓初學者在編寫操作係統的過程中，瞭解操作係統背後更多的知識。

第0天著手開發之前
1 前言
2 何謂操作係統
3 開發操作係統的各種方法
4 無知則無畏
5 如何開發操作係統
6 操作係統開發中的睏難
7 學習本書時的注意事項（重要！）
8 各章內容摘要

第1天從計算機結構到匯編程序入門
1 先動手操作
2 究竟做瞭些什麼
3 初次體驗匯編程序
4 加工潤色

第2天匯編語言學習與Makefile入門
1 介紹文本編輯器
2 繼續開發
3 先製作啓動區
4 Makefile入門

第3天進入32位模式並導入C語言
1 製作真正的IPL
2 試錯
3 讀到18扇區
4 讀入10個柱麵
5 著手開發操作係統
6 從啓動區執行操作係統
7 確認操作係統的執行情況
8 32位模式前期準備
9 開始導入C語言
10 實現HLT（harib00j）

第4天 C語言與畫麵顯示的練習
1 用C語言實現內存寫入（harib01a）
2 條紋圖案（harib01b）
3 挑戰指針（harib01c）
4 指針的應用（1）（harib01d）
5 指針的應用（2）（harib01e）
6 色號設定（harib01f）
7 繪製矩形（harib01g）
8 今天的成果（harib01h）

第5天結構體、文字顯示與GDT/IDT初始化
1 接收啓動信息（harib02a）
2 試用結構體（harib02b）
3 試用箭頭記號（harib02c）
4 顯示字符（harib02d）
5 增加字體（harib02e）
6 顯示字符串（harib02f）
7 顯示變量值（harib02g）
8 顯示鼠標指針（harib02h）
9 GDT與IDT的初始化（harib02i）

第6天分割編譯與中斷處理
1 分割源文件（harib03a）
2 整理Makefile（harib03b）
3 整理頭文件（harib03c）
4 意猶未盡
5 初始化PIC（harib03d）
6 中斷處理程序的製作（harib03e）

第7天 FIFO與鼠標控製
1 獲取按鍵編碼（hiarib04a）
2 加快中斷處理（hiarib04b）
3 製作FIFO緩衝區（hiarib04c）
4 改善FIFO緩衝區（hiarib04d）
5 整理FIFO緩衝區（hiarib04e）
6 總算講到鼠標瞭（harib04f）
7 從鼠標接受數據（harib04g）

第8天鼠標控製與32位模式切換
1 鼠標解讀（1）（harib05a）
2 稍事整理（harib05b）
3 鼠標解讀（2）（harib05c）
4 移動鼠標指針（harib05d）
5 通往32位模式之路

第9天內存管理
1 整理源文件（harib06a）
2 內存容量檢查（1）（harib06b）
3 內存容量檢查（2）（harib06c）
4 挑戰內存管理（harib06d）

第10天疊加處理
1 內存管理（續）（harib07a）
2 疊加處理（harib07b）
3 提高疊加處理速度（1）（harib07c）
4 提高疊加處理速度（2）（harib07d）

第11天製作窗口
1 鼠標顯示問題（harib08a）
2 實現畫麵外的支持（harib08b）
3 shtctl的指定省略（harib08c）
4 顯示窗口（harib08d）
5 小實驗（harib08e）
6 高速計數器（harib08f）
7 消除閃爍（1）（harib08g）
8 消除閃爍（2）（harib08h）

第12天定時器（1）
1 使用定時器（harib09a）
2 計量時間（harib09b）
3 超時功能（harib09c）
4 設定多個定時器（harib09d）
5 加快中斷處理（1）（harib09e）
6 加快中斷處理（2）（harib09f）
7 加快中斷處理（3）（harib09g）

第13天定時器（2）
1 簡化字符串顯示（harib10a）
2 重新調整FIFO緩衝區（1）（harib10b）
3 測試性能（harib10c～harib10f）
4 重新調整FIFO緩衝區（2）（harib10g）
5 加快中斷處理（4）（harib10h）
6 使用“哨兵”簡化程序（harib10i）

第14天高分辨率及鍵盤輸入
1 繼續測試性能（harib11a～harib11c）
2 提高分辨率（1）（harib11d）
3 提高分辨率（2）（harib11e）
4 鍵盤輸入（1）（harib11f）
5 鍵盤輸入（2）（harib11g）
6 追記內容（1）（harib11h）
7 追記內容（2）（harib11i）

第15天多任務（1）
1 挑戰任務切換（harib12a）
2 任務切換進階（harib12b）
3 做個簡單的多任務（1）（harib12c）
4 做個簡單的多任務（2）（harib12d）
5 提高運行速度（harib12e）
6 測試運行速度（harib12f）
7 多任務進階（harib12g）

第16天多任務（2）
1 任務管理自動化（harib13a）
2 讓任務休眠（harib13b）
3 增加窗口數量（harib13c）
4 設定任務優先級（1）（harib13d）
5 設定任務優先級（2）（harib13e）

第17天命令行窗口
1 閑置任務（harib14a）
2 創建命令行窗口（harib14b）
3 切換輸入窗口（harib14c）
4 實現字符輸入（harib14d）
5 符號的輸入（harib14e）
6 大寫字母與小寫字母（harib14f）
7 對各種鎖定鍵的支持（harib14g）

第18天 dir命令
1 控製光標閃爍（1）（harib15a）
2 控製光標閃爍（2）（harib15b）
3 對迴車鍵的支持（harib15c）
4 對窗口滾動的支持（harib15d）
5 mem命令（harib15e）
6 cls命令（harib15f）
7 dir命令（harib15g）

第19天應用程序
1 type命令（harib16a）
2 type命令改良（harib16b）
3 對FAT的支持（harib16c）
4 代碼整理（harib16d）
5 第一個應用程序（harib16e）

第20天 API
1 程序整理（harib17a）
2 顯示單個字符的API（1）（harib17b）
3 顯示單個字符的API（2）（harib17c）
4 結束應用程序（harib17d）
5 不隨操作係統版本而改變的API（harib17e）
6 為應用程序自由命名（harib17f）
7 當心寄存器（harib17g）
8 用API顯示字符串（harib17h）

第21天保護操作係統
1 攻剋難題——字符串顯示API（harib18a）
2 用C語言編寫應用程序（harib18b）
3 保護操作係統（1）（harib18c）
4 保護操作係統（2）（harib18d）
5 對異常的支持（harib18e）
6 保護操作係統（3）（harib18f）
7 保護操作係統（4）（harib18g）

第22天用C語言編寫應用程序
1 保護操作係統（5）（harib19a）
2 幫助發現bug（harib19b）
3 強製結束應用程序（harib19c）
4 用C語言顯示字符串（1）（harib19d）
5 用C語言顯示字符串（2）（harib19e）
6 顯示窗口（harib19f）
7 在窗口中描繪字符和方塊（harib19g）

第23天圖形處理相關
1 編寫malloc（harib20a）
2 畫點（harib20b）
3 刷新窗口（harib20c）
4 畫直綫（harib20d）
5 關閉窗口（harib20e）
6 鍵盤輸入API（harib20f）
7 用鍵盤輸入來消遣一下（harib20g）
8 強製結束並關閉窗口（harib20h）

第24天窗口操作
1 窗口切換（1）（harib21a）
2 窗口切換（2）（harib21b）
3 移動窗口（harib21c）
4 用鼠標關閉窗口（harib21d）
5 將輸入切換到應用程序窗口（harib21e）
6 用鼠標切換輸入窗口（harib21f）
7 定時器API（harib21g）
8 取消定時器（harib21h）

第25天增加命令行窗口
1 蜂鳴器發聲（harib22a）
2 增加更多的顔色（1）（harib22b）
3 增加更多的顔色（2）（harib22c）
4 窗口初始位置（harib22d）
5 增加命令行窗口（1）（harib22e）
6 增加命令行窗口（2）（harib22f）
7 增加命令行窗口（3）（harib22g）
8 增加命令行窗口（4）（harib22h）
9 變得更像真正的操作係統（1）（harib22i）
10 變得更像真正的操作係統（2）（harib22j）

第26天為窗口移動提速
1 提高窗口移動速度（1）（harib23a）
2 提高窗口移動速度（2）（harib23b）
3 提高窗口移動速度（3）（harib23c）
4 提高窗口移動速度（4）（harib23d）
5 啓動時隻打開一個命令行窗口（harib23e）
6 增加更多的命令行窗口（harib23f）
7 關閉命令行窗口（1）（harib23g）
8 關閉命令行窗口（2）（harib23h）
9 start命令（harib23i）
10 ncst命令（harib23j）

第27天 LDT與庫
1 先來修復bug（harib24a）
2 應用程序運行時關閉命令行窗口（harib24b）
3 保護應用程序（1）（harib24c）
4 保護應用程序（2）（harib24d）
5 優化應用程序的大小（harib24e）
6 庫（harib24f）
7 整理make環境（harib24g）

第28天文件操作與文字顯示
1 alloca（1）（harib25a）
2 alloca（2）（harib25b）
3 文件操作API（harib25c）
4 命令行API（harib25d）
5 日文文字顯示（1）（harib25e）
6 日文文字顯示（2）（harib25f）
7 日文文字顯示（3）（harib25g）

第29天壓縮與簡單的應用程序
1 修復bug（harib26a）
2 文件壓縮（harib26b）
3 標準函數
4 非矩形窗口（harib26c）
5 bball（harib26d）
6 外星人遊戲（harib26e）

第30天高級的應用程序
1 命令行計算器（harib27a）
2 文本閱覽器（harib27b）
3 MML播放器（harib27c）
4 圖片閱覽器（harib27d）
5 IPL的改良（harib27e）
6 光盤啓動（harib27f）

第31天寫在開發完成之後
1 繼續開發要靠大傢的努力
2 關於操作係統的大小
3 操作係統開發的訣竅
4 分享給他人使用
5 關於光盤中的軟件
6 關於開源的建議
7 後記
8 畢業典禮
9 附錄

精彩書摘

　　第15天
　　多任務（1）
　　挑戰任務切換（harib12a）
　　任務切換進階（harib12b）
　　做個簡單的多任務（1）（harib12c）
　　做個簡單的多任務（2）（harib12d）
　　提高運行速度（harib12e）
　　測試運行速度（harib12f）
　　多任務進階（harib12g）
　　1　挑戰任務切換（harib12a）
　　“話說，多任務到底是啥呢？”我們今天的內容，就從這個問題開始吧。
　　多任務，在英語中叫做“multitask”，顧名思義就是“多個任務”的意思。簡單地說，在Windows等操作係統中，多個應用程序同時運行的狀態（也就是同時打開好幾個窗口的狀態）就叫做多任務。
　　對於生活在現代社會的各位來說，這種多任務簡直是理所當然的事情。比如你會一邊用音樂播放軟件聽音樂一邊寫郵件，郵件寫到一半忽然有點東西要查，便打開Web瀏覽器上網搜索。這對於大傢來說這些都是傢常便飯瞭吧。可如果沒有多任務的話會怎麼樣呢？想寫郵件的時候就必須關掉正在播放的音樂，要查東西的時候就必須先保存寫到一半的郵件，然後纔能打開Web瀏覽器……光想象一下就會覺得太不方便瞭。
　　然而在從前，沒有多任務反倒是普遍的情形（那個時候大傢不用電腦聽音樂，也沒有互聯網）。在那個年代，電腦一次隻能運行一個程序，如果要同時運行多個程序的話，就得買好幾颱電腦纔行。
　　就在那個時候，誕生瞭最初的多任務操作係統，大傢都覺得太瞭不起瞭。從現在開始，我們也要準備給“紙娃娃係統”添加執行多任務的能力瞭。連這樣一個小不點兒操作係統都能夠實現多任務，真是讓人不由地感嘆它生逢其時呀。
　　稍稍思考一下我們就會發現，多任務這個東西還真是奇妙，它究竟是怎樣做到讓多個程序同時運行的呢？如果我們的電腦裏麵裝瞭好多個CPU的話，同時運行多個程序倒也順理成章，但實際上就算我們隻有一個CPU，照樣可以實現多任務。
　　其實說穿瞭，這些程序根本沒有在同時運行，隻不過看上去好像是在同時運行一樣：程序A運行一會兒，接下來程序B運行一會兒，再接下來輪到程序C，然後再迴到程序A……如此反復，有點像日本忍者的“分身術”呢（笑）。
　　為瞭讓這種分身術看上去更完美，需要讓操作係統盡可能快地切換任務。如果10秒纔切換一次，那就連人眼都能察覺齣來瞭，同時運行多個程序的戲碼也就穿幫瞭。再有，如果我們給程序C發齣一個按鍵指令，正巧這個瞬間係統切換到瞭程序A的話，我們就不得不等上20秒，纔能重新輪到程序C對按鍵指令作齣反應。這實在是讓人抓狂啊（哭）。
　　在一般的操作係統中，這個切換的動作每0.01～0.03秒就會進行一次。當然，切換的速度越快，讓人覺得程序是在同時運行的效果也就越好。不過，CPU進行程序切換（我們稱為“任務切換”）這個動作本身就需要消耗一定的時間，這個時間大約為0.0001秒左右，不同的CPU及操作係統所需的時間也有所不同。如果CPU每0.0002秒切換一次任務的話，該CPU處理能力的50%都要被任務切換本身所消耗掉。這意味著，如果同時運行2個程序，每個程序的速度就隻有單獨運行時的1/4，這樣你會覺得開心嗎？如果變成這種結果，那還不如乾脆彆搞多任務呢。
　　相比之下，即便是每0.001秒切換一次任務，單單在任務切換上麵也要消耗CPU處理能力的10%。大概有人會想，10%也沒什麼大不瞭的吧？可如果你看看速度快10%的CPU賣多少錢，說不定就會恍然大悟，“對啊，隻要優化一下任務切換間隔，就相當於一分錢也不花，便換上瞭比現在更快的CPU嘛……”（笑），你也就明白瞭浪費10%也是很不值得的。正是因為這個原因，任務切換的間隔最短也得0.01秒左右，這樣一來隻有1%的處理能力消耗在任務切換上，基本上就可以忽略不計瞭。
　　關於多任務是什麼的問題，已經大緻講得差不多瞭，接下來我們來看看如何讓CPU來處理多任務。
　　當你嚮CPU發齣任務切換的指令時，CPU會先把寄存器中的值全部寫入內存中，這樣做是為瞭當以後切換迴這個程序的時候，可以從中斷的地方繼續運行。接下來，為瞭運行下一個程序，CPU會把所有寄存器中的值從內存中讀取齣來（當然，這個讀取的地址和剛剛寫入的地址一定是不同的，不然就相當於什麼都沒變嘛），這樣就完成瞭一次切換。我們前麵所說的任務切換所需要的時間，正是對內存進行寫入和讀取操作所消耗的時間。
　　接下來我們來看看寄存器中的內容是怎樣寫入內存裏去的。下麵這個結構叫做“任務狀態段”（task status segment），簡稱TSS。TSS有16位和32位兩個版本，這裏我們使用32位版。顧名思義，TSS也是內存段的一種，需要在GDT中進行定義後使用。
　　參考上麵的結構定義，TSS共包含26個int成員，總計104字節（摘自CPU的技術資料），我特意把它們分成4行來寫。從開頭的backlink起，到cr3為止的幾個成員，保存的不是寄存器的數據，而是與任務設置相關的信息，在執行任務切換的時候這些成員不會被寫入（backlink除外，某些情況下是會被寫入的）。後麵的部分中我們會用到這裏的設定，不過現在你完全可以先忽略它。
　　第2行的成員是32位寄存器，第3行是16位寄存器，應該沒必要解釋瞭吧……不對，eip好像到現在還沒講過呢。EIP的全稱是"extended instruction pointer"，也就是"擴展指令指針寄存器"的意思。這裏的"擴展"代錶它是一個32位寄存器，也就是說其對應的16位版本叫做IP，類比一下的話，跟EAX與AX之間的關係是一樣的。
　　EIP是CPU用來記錄下一條需要執行的指令位於內存中哪個地址的寄存器，因此它纔被稱為"指令指針"。如果沒有這個寄存器，記性不好的CPU就會忘記自己正在運行哪裏的程序，於是程序就沒辦法正常運行瞭。每執行一條指令，EIP寄存器中的值就會自動纍加，從而保證一直指嚮下一條指令所在的內存地 30天自製操作係統（附光盤1張）下載 mobi epub pdf txt 電子書