音像穿越操作系统迷雾:从零实现操作系统王柏生 王晟寒

Contents
前　言
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　存映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
.　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　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.cde6　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
4.1.　多模块及符号可见　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　1
4.13.2　符号解析　125
4.13.3　符号的可见　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　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　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　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　组装内核映像文件　217
6.9　使用Make构建内核　220
第7章　64位引导过程　222
7.1　内存分页　222
7.1.1　为什么要分页　222
7.1.2　分页模式下的地址
翻译过程　224
7.1.3　程序的虚拟地址空间　225
7.1.4　分页模式下的寻址　225
7.1.5　页表　226
7.2　64位模式下程序的虚拟
地址空间　228
7.3　创建64位模式的临时段
描述符表　229
7.3.1　代码段　0
7.3.2　数据段　1
7.3.3　为64位模式创建临时段
描述符表　1
7.4　建立内核映像的虚拟地址到
物理地址的映　
7.4.1　建立四级页表映　4
7.4.2　建立三级页表映　5
7.4.3　建立二级页表映　
7.4.4　建立一级页表映　
7.5　建立恒等映　240
7.6　切入64位模式　244
7.6.1　使能PAE　244
7.6.2　设置CR3指向页表　244
7.6.3　使能64位模式　245
7.6.4　开启分页　245
7.6.5　跳转到64位部分　246
7.7　走进内核64位部分　248
7.7.1　创建64位模式段描述符表　248
7.7.2　转换到内核地址空间　251
7.7.3　构建内核64位部分　254
第8章　内存管理　258
8.1　获取内存信息　258
8.1.1　BIOS简介　258
8.1.2　读取内存信息　260
8.1.3　E820的C数据结构表示　262
8.1.4　计算物理内存大小　263
8.1.5　print的实现　264
8.1.6　使用Make内置函数
提取文件　266
8.1.7　创建Make中的文件
依赖关系　267
8.2　页面管理　269
8.2.1　划分页面　269
8.2.2　为内核映像保留页面　270
8..　分配页面　271
8.2.4　归还页面　272
8.3　映物理内存　272
8.3.1　线映　274
8.3.2　阶段映　275
8.3.3　第2阶段映　278
8.4　内存块管理　281
8.4.1　块管理数据组织　281
8.4.2　分配内存块　284
8.4.3　释放内存块　289
第9章　进程　292
9.1　程序运行环境　292
9.2　创建应用程序　293
9.3　创建任务结构体　295
9.4　建立进程地址映　297
9.4.1　内核空间映　298
9.4.2　用户空间映　299
9.5　创建进程任务状态段及
内核栈　300
9.5.1　准备任务状态段及内核栈　302
9.5.2　创建任务状态段的
段描述符　304
9.5.3　设置任务寄存器　307
9.6　伪造中断现场　307
9.7　设置CR3指向进程页表　310
9.8　进入用户空间　310
9.9　I/O端口访问权限控制　311
0章　中断和异常　313
10.1　中断及其处理过程　313
10.1.1　可编程中断控制器
8259A　314
10.1.2　高级可编程中断控制器
APIC　317
10.1.3　MSI　317
10.2　初始化8259A　318
10.3　组织中断描述符表　321
10.3.1　初始化中断描述符表　322
10.3.2　设置中断寄存器　324
10.4　时钟中断　325
10.4.1　时钟中断处理函数　325
10.4.2　设置时钟中断描述符　327
10.4.3　编程时钟芯片8254　327
10.4.4　开启中断　329
10.4.5　现场保存和恢复　329
10.5　缺页异常　334
1章　进程调度　338
11.1　任务状态　338
11.2　创建进程　339
11.3　空闲任务　341
11.4　任务调度　342
11.5　任务切换　345
2章　系统调用　349
12.1　系统调用工作机制　349
12.2　内核系统调用入口　351
1.　设置MSR寄存器　354
12.4　实现系统调用sleep　357
12.5　C库　360
12.6　应用调用sleep挂起　362
3章　进程间通信　364
13.1　共享内存原理　364
13.2　内核共享内存实现　366
13.3　C库实现共享内存接口　368
13.4　应用使用共享内存通信　368
4章　显示及输入　370
14.1　图形处理器　370
14.2　文本模式和图形模式　371
14.3　获取模式信息　373
14.4　将framebuffer映到
用户空间　374
14.5　应用获取模式信息　376
14.6　设计字体　377
14.7　图形库　379
14.8　应用绘制　383
14.9　键盘输入　384