《30天自制操作系统》试读

只需30天从零开始编写一个五脏俱全的图形操作系统，肯坚持，你一定能过做到！



内容简介：

    自己编写一个操作系统，是许多程序员的梦想。也许有人曾经挑战过，但因为太难而放弃了。其实你错了，你的失败并不是因为编写操作系统太难，而是因为没有人告诉你那其实是一件很简单的事。那么，你想不想再挑战一次呢？

    这是一本兼具趣味性、实用性与学习性的书籍。作者从计算机的构造、汇编语言、C语言开始解说，让你在实践中掌握算法。在这本书的指导下，从零编写所有代码，30天后就可以制作出一个具有窗口系统的32位多任务操作系统。

    本书以课题为主导，边做边玩，抛开晦涩难懂的语言，行文风格十分随性，还充满了各种欢乐的吐槽，适合操作系统爱好者和程序设计人员阅读。

作者简介：

川合秀实（Hidemi Kawai）
    生于1975年，是一位以“轻量化”编程思想见长的“非主流”开发者。2000年因自行开发的OSASK项目而名声大噪。OSASK是一个开源的32位微型操作系统，它并非以Linux等内核为基础，而是完全从零开始开发，在一张软盘的容量下实现了GUI、多任务、多语言等高级特性，启动时间只需1秒。

    本书的内容可以看成是作者以OSASK为蓝本，教会读者从零开始开发一个操作系统，同时可以让初学者在编写操作系统的过程中，了解操作系统背后更多的知识。

    作者网站：http://hrb.osask.jp/

前　　言

    “好想编写一个操作系统呀！”笔者的朋友曾说这是所有程序员都曾经怀揣的一个梦想。说“所有的程序员”可能有点夸张了，不过作为程序员的梦想，它至少也应该能排进前十名吧。

    也许很多人觉得编写操作系统是个天方夜谭，这一定是操作系统业界的一个阴谋（笑）。他们故意让大家相信编写操作系统是一件非常困难的事情，这样就可以高价兜售自己开发的操作系统，而且操作系统的作者还会被顶礼膜拜。那么实际情况又怎么样呢？和别的程序相比，其实编写操作系统并没有那么难，至少笔者的感觉是这样。

    在各位读者之中，也许有人曾经挑战过操作系统的编写，但因为太难而放弃了。拥有这样经历的人也许不会认同笔者的观点。其实你错了，你的失败并不是因为编写操作系统太难，而是因为没有人告诉你那其实是一件很简单的事而已。

    不仅是编写操作系统，任何事都是一样的。如果讲解的人认为它很难，那就不可能把它讲述得通俗易懂，即便是同样的内容，也会讲得无比复杂。这样的讲解，肯定是很难懂的。

    那么，你想不想和笔者一起再挑战一次呢？如果你曾经梦想过编写自己的操作系统，一定会觉得乐在其中的。

    可能有人会说，这本书足足有700多页，怎么会“有趣”和“简单”呢？唔，这么一说笔者也觉得挺心虚的，不过其实也只是长了那么一点点啦。平均下来的话，每天只有大约23页的内容，你看，也没有那么长吧？

    这本书的文风非常轻松，也许你不知不觉中就会读得很快。但是这样的话可能印象不会很深，最好还是能静下心来慢慢地读。书中所展示的程序代码和文字的说明同样重要，因此也希望大家仔细阅读。只要注意这些，理解本书的内容就应该没有问题了。

    在本书中，我们使用C语言和汇编语言来编写操作系统，不过不必担心，你可以在阅读本书的同时来逐步学习关于这些编程语言的知识。本书在这方面写得非常仔细，如果能有人通过本书终于把C语言中的指针给搞懂了，那笔者的目的也就达到了。即便是从这样的水平开始，30天后你也能够编写出一个很棒的操作系统，请大家拭目以待吧！



目 　 　录

第0天 　着手开发之前　　1

1 　前言　　1
2 　何谓操作系统　　3
3 　开发操作系统的各种方法　　4
4 　无知则无畏　　4
5 　如何开发操作系统　　6
6 　操作系统开发中的困难　　7
7 　学习本书时的注意事项（重要！）　　9
8 　各章内容摘要　　11

第1天 　从计算机结构到汇编程序入门　　13

1 　先动手操作　　13
2 　究竟做了些什么　　19
3 　初次体验汇编程序　　22
4 　加工润色　　24

第2天 　汇编语言学习与Makefile入门　　28

1 　介绍文本编辑器　　28
2 　继续开发　　29
3 　先制作启动区　　40
4 　Makefile入门　　41

第3天 　进入32位模式并导入C语言　　45

1 　制作真正的IPL　　45
2 　试错　　50
3 　读到18扇区　　51
4 　读入10个柱面　　52
5 　着手开发操作系统　　54
6 　从启动区执行操作系统　　55
7 　确认操作系统的执行情况　　56
8 　32位模式前期准备　　57
9 　开始导入C语言　　59
10 　实现HLT（harib00j）　　62

第4天 　C语言与画面显示的练习　　64

1 　用C语言实现内存写入（harib01a）　　64
2 　条纹图案（harib01b）　　67
3 　挑战指针（harib01c）　　69
4 　指针的应用（1）（harib01d）　　74
5 　指针的应用（2）（harib01e）　　74
6 　色号设定（harib01f）　　75
7 　绘制矩形（harib01g）　　84
8 　今天的成果（harib01h）　　86

第5天 　结构体、文字显示与GDT/IDT初始化　　88

1 　接收启动信息（harib02a）　　88
2 　试用结构体（harib02b）　　89
3 　试用箭头记号（harib02c）　　91
4 　显示字符（harib02d）　　91
5 　增加字体（harib02e）　　94
6 　显示字符串（harib02f）　　96
7 　显示变量值（harib02g）　　97
8 　显示鼠标指针（harib02h）　　99
9 　GDT与IDT的初始化（harib02i）　　101

第6天 　分割编译与中断处理　　108

1 　分割源文件（harib03a）　　108
2 　整理Makefile（harib03b）　　109
3 　整理头文件（harib03c）　　110
4 　意犹未尽　　112
5 　初始化PIC（harib03d）　　115
6 　中断处理程序的制作（harib03e）　　119

第7天 　FIFO与鼠标控制　　125

1 　获取按键编码（hiarib04a）　　125
2 　加快中断处理（hiarib04b）　　127
3 　制作FIFO缓冲区（hiarib04c）　　130
4 　改善FIFO缓冲区（hiarib04d）　　133
5 　整理FIFO缓冲区（hiarib04e）　　135
6 　总算讲到鼠标了（harib04f）　　138
7 　从鼠标接受数据（harib04g）　　141

第8天 　鼠标控制与32位模式切换　　144

1 　鼠标解读（1）（harib05a）　　144
2 　稍事整理（harib05b）　　146
3 　鼠标解读（2）（harib05c）　　148
4 　移动鼠标指针（harib05d）　　151
5 　通往32位模式之路　　153

第9天 　内存管理　　162

1 　整理源文件（harib06a）　　162
2 　内存容量检查（1）（harib06b）　　163
3 　内存容量检查（2）（harib06c）　　168
4 　挑战内存管理（harib06d）　　172

第10天 　叠加处理　　181

1 　内存管理（续）（harib07a）　　181
2 　叠加处理（harib07b）　　184
3 　提高叠加处理速度（1）（harib07c）　　194
4 　提高叠加处理速度（2）（harib07d）　　197

第11天 　制作窗口　　201

1 　鼠标显示问题（harib08a）　　201
2 　实现画面外的支持（harib08b）　　202
3 　shtctl的指定省略（harib08c）　　203
4 　显示窗口（harib08d）　　206
5 　小实验（harib08e）　　208
6 　高速计数器（harib08f）　　209
7 　消除闪烁（1）（harib08g）　　211
8 　消除闪烁（2）（harib08h）　　214

第12天 　定时器（1）　　220

1 　使用定时器（harib09a）　　220
2 　计量时间（harib09b）　　224
3 　超时功能（harib09c）　　225
4 　设定多个定时器（harib09d）　　228
5 　加快中断处理（1）（harib09e）　　232
6 　加快中断处理（2）（harib09f）　　234
7 　加快中断处理（3）（harib09g）　　236

第13天 　定时器（2）　　240

1 　简化字符串显示（harib10a）　　240
2 　重新调整FIFO缓冲区（1）（harib10b）　　241
3 　测试性能（harib10c～harib10f）　　243
4 　重新调整FIFO缓冲区（2）（harib10g）　　246
5 　加快中断处理（4）（harib10h）　　253
6 　使用“哨兵”简化程序（harib10i）　　257

第14天 　高分辨率及键盘输入　　262

1 　继续测试性能（harib11a～harib11c）　　262
2 　提高分辨率（1）（harib11d）　　266
3 　提高分辨率（2）（harib11e）　　269
4 　键盘输入（1）（harib11f）　　272
5 　键盘输入（2）（harib11g）　　275
6 　追记内容（1）（harib11h）　　277
7 　追记内容（2）（harib11i）　　279

第15天 　多任务（1）　　282

1 　挑战任务切换（harib12a）　　282
2 　任务切换进阶（harib12b）　　289
3 　做个简单的多任务（1）（harib12c）　　291
4 　做个简单的多任务（2）（harib12d）　　293
5 　提高运行速度（harib12e）　　294
6 　测试运行速度（harib12f）　　297
7 　多任务进阶（harib12g）　　299

第16天 　多任务（2）　　304

1 　任务管理自动化（harib13a）　　304
2 　让任务休眠（harib13b）　　308
3 　增加窗口数量（harib13c）　　313
4 　设定任务优先级（1）（harib13d）　　317
5 　设定任务优先级（2）（harib13e）　　320

第17天 　命令行窗口　　329

1 　闲置任务（harib14a）　　329
2 　创建命令行窗口（harib14b）　　331
3 　切换输入窗口（harib14c）　　334
4 　实现字符输入（harib14d）　　337
5 　符号的输入（harib14e）　　341
6 　大写字母与小写字母（harib14f）　　343
7 　对各种锁定键的支持（harib14g）　　346

第18天 　dir命令　　350

1 　控制光标闪烁（1）（harib15a）　　350
2 　控制光标闪烁（2）（harib15b）　　352
3 　对回车键的支持（harib15c）　　355
4 　对窗口滚动的支持（harib15d）　　357
5 　mem命令（harib15e）　　359
6 　cls命令（harib15f）　　363
7 　dir命令（harib15g）　　366

第19天 　应用程序　　371

1 　type命令（harib16a）　　371
2 　type命令改良（harib16b）　　378
3 　对FAT的支持（harib16c）　　382
4 　代码整理（harib16d）　　387
5 　第一个应用程序（harib16e）　　387

第20天 　API　　392

1 　程序整理（harib17a）　　392
2 　显示单个字符的API（1）（harib17b）　　399
3 　显示单个字符的API（2）（harib17c）　　402
4 　结束应用程序（harib17d）　　403
5 　不随操作系统版本而改变的API（harib17e）　　405
6 　为应用程序自由命名（harib17f）　　408
7 　当心寄存器（harib17g）　　410
8 　用API显示字符串（harib17h）　　412

第21天 　保护操作系统　　418

1 　攻克难题——字符串显示API（harib18a）　　418
2 　用C语言编写应用程序（harib18b）　　420
3 　保护操作系统（1）（harib18c）　　424
4 　保护操作系统（2）（harib18d）　　426
5 　对异常的支持（harib18e）　　431
6 　保护操作系统（3）（harib18f）　　434
7 　保护操作系统（4）（harib18g）　　435

第22天 　用C语言编写应用程序　　443

1 　保护操作系统（5）（harib19a）　　443
2 　帮助发现bug（harib19b）　　448
3 　强制结束应用程序（harib19c）　　452
4 　用C语言显示字符串（1）（harib19d）　　455
5 　用C语言显示字符串（2）（harib19e）　　457
6 　显示窗口（harib19f）　　462
7 　在窗口中描绘字符和方块（harib19g）　　465

第23天 　图形处理相关　　468

1 　编写malloc（harib20a）　　468
2 　画点（harib20b）　　472
3 　刷新窗口（harib20c）　　475
4 　画直线（harib20d）　　478
5 　关闭窗口（harib20e）　　483
6 　键盘输入API（harib20f）　　484
7 　用键盘输入来消遣一下（harib20g）　　488
8 　强制结束并关闭窗口（harib20h）　　489

第24天 　窗口操作　　493

1 　窗口切换（1）（harib21a）　　493
2 　窗口切换（2）（harib21b）　　495
3 　移动窗口（harib21c）　　496
4 　用鼠标关闭窗口（harib21d）　　498
5 　将输入切换到应用程序窗口（harib21e）　　500
6 　用鼠标切换输入窗口（harib21f）　　506
7 　定时器API（harib21g）　　507
8 　取消定时器（harib21h）　　511

第25天 　增加命令行窗口　　515

1 　蜂鸣器发声（harib22a）　　515
2 　增加更多的颜色（1）（harib22b）　　518
3 　增加更多的颜色（2）（harib22c）　　520
4 　窗口初始位置（harib22d）　　523
5 　增加命令行窗口（1）（harib22e）　　524
6 　增加命令行窗口（2）（harib22f）　　528
7 　增加命令行窗口（3）（harib22g）　　531
8 　增加命令行窗口（4）（harib22h）　　532
9 　变得更像真正的操作系统（1）（harib22i）　　534
10 　变得更像真正的操作系统（2）（harib22j）　　538

第26天 　为窗口移动提速　　541

1 　提高窗口移动速度（1）（harib23a）　　541
2 　提高窗口移动速度（2）（harib23b）　　543
3 　提高窗口移动速度（3）（harib23c）　　547
4 　提高窗口移动速度（4）（harib23d）　　549
5 　启动时只打开一个命令行窗口（harib23e）　　551
6 　增加更多的命令行窗口（harib23f）　　554
7 　关闭命令行窗口（1）（harib23g）　　555
8 　关闭命令行窗口（2）（harib23h）　　561
9 　start命令（harib23i）　　563
10 　ncst命令（harib23j）　　564

第27天 　LDT与库　　571

1 　先来修复bug（harib24a）　　571
2 　应用程序运行时关闭命令行窗口（harib24b）　　573
3 　保护应用程序（1）（harib24c）　　577
4 　保护应用程序（2）（harib24d）　　580
5 　优化应用程序的大小（harib24e）　　583
6 　库（harib24f）　　587
7 　整理make环境（harib24g）　　590

第28天 　文件操作与文字显示　　598

1 　alloca（1）（harib25a）　　598
2 　alloca（2）（harib25b）　　601
3 　文件操作API（harib25c）　　605
4 　命令行API（harib25d）　　612
5 　日文文字显示（1）（harib25e）　　615
6 　日文文字显示（2）（harib25f）　　624
7 　日文文字显示（3）（harib25g）　　629

第29天 　压缩与简单的应用程序　　635

1 　修复bug（harib26a）　　635
2 　文件压缩（harib26b）　　636
3 　标准函数　　644
4 　非矩形窗口（harib26c）　　647
5 　bball（harib26d）　　648
6 　外星人游戏（harib26e）　　651

第30天 　高级的应用程序　　659

1 　命令行计算器（harib27a）　　659
2 　文本阅览器（harib27b）　　664
3 　MML播放器（harib27c）　　671
4 　图片阅览器（harib27d）　　679
5 　IPL的改良（harib27e）　　683
6 　光盘启动（harib27f）　　688

第31天 　写在开发完成之后　　690

1 　继续开发要靠大家的努力　　690
2 　关于操作系统的大小　　692
3 　操作系统开发的诀窍　　693
4 　分享给他人使用　　694
5 　关于光盘中的软件　　695
6 　关于开源的建议　　696
7 　后记　　698
8 　毕业典礼　　703
9 　附录　　704