Github?開源了：實戰(zhàn)操作系統(tǒng)的硬核筆記！

大家好，我是小林。

之前我小林把自己寫的操作系統(tǒng)系列文章的整理過 PDF：小林的圖解系統(tǒng)，大曝光！。

不過我這個 PDF 偏向理論知識多一些，實戰(zhàn)的內(nèi)容少一些。

最近有個讀者說，他把自己學(xué)習(xí) 課程的筆記整理成了一個 PDF，已經(jīng)開源至 Github，我也看了下，確實很不錯，非常硬核。

課程一直被公認(rèn)為學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的神級課程，其課程使用了一個小型的操作系統(tǒng) 還有一份配套的手冊來教學(xué)。雖然資料齊全但由于是英文，加之內(nèi)容本身的復(fù)雜性，上手還是有一些難度。

這里有一份開源的資料《給操作系統(tǒng)捋條線》，詳細(xì)講解了 系統(tǒng)，除了源碼中的一些腳本文件幾乎覆蓋講述了所有代碼，從硬件到軟件各個方面都有所講述。這份資料恰如其名字一般實實在在地給操作系統(tǒng)捋了一條線出來，能夠讓讀者知道計算機從上電那一刻開始，操作系統(tǒng)是如何一步步建立起來的，是如何運行起來的。資料的鏈接如下：

https://github.com/Rand312/xv6.git

https://gitee.com/rand_cs/xv6.git

全文將操作系統(tǒng)分為了五個大的部分：啟動，中斷，文件系統(tǒng)，進(jìn)程，控制臺，其他部分比如說內(nèi)存管理，鎖等等都是分散在那五大部分里面。每個部分作者都盡量細(xì)致到各個方面，并且附有詳細(xì)的文字描述或者流程圖。

比如說啟動流程圖

再比如中斷流程圖

又比如讀寫文件的流程圖

看著這些圖感覺還行是吧，較為繁雜的部分基本都有類似的流程圖，《給操作系統(tǒng)捋條線》是真的如其名字一般將操作系統(tǒng)捋了 “一條線”  出來。其部分內(nèi)容截圖如下：

部分截圖《給操作系統(tǒng)捋條線》根據(jù) 主要講述了以下問題問題：

啟動部分：首先便是啟動部分， 的計算機啟動過程與常見那幾大步驟稍稍不同，但本質(zhì)一樣，除了 和 揉在一起了，其他的沒什么，比較常規(guī)，再者就是多處理器的情況可能大家不太熟悉，這一塊大概有這么一些問題：

• 啟動的大概過程， 這五個步驟是怎樣的？
• 實模式保護(hù)模式的特點，如何過渡？
• ，段寄存器，段選擇子，段描述符，分段，平坦模式的簡單認(rèn)識？
• 分頁機制的特點，如何開啟的？
• 邏輯地址，虛擬地址，線性地址，物理地址各類地址什么意思，如何轉(zhuǎn)化？
• 操作系統(tǒng)如何自舉，內(nèi)核如何從磁盤加載到內(nèi)存的？
• 文件的簡單認(rèn)識？
• 多處理器的情況下計算機是如何啟動的，什么是 什么是 ，通用啟動算法是啥？

文件系統(tǒng)： 將文件系統(tǒng)分為了 7 層，磁盤 緩存 日志 目錄 路徑 文件描述符，大概有這些問題：

• 磁盤的簡單認(rèn)識，磁盤驅(qū)動程序如何實現(xiàn)(如何讀寫磁盤)？
• 如何設(shè)計一個簡單的日志系統(tǒng)，為什么日志系統(tǒng)能夠保證數(shù)據(jù)的一致性？
• ，文件，目錄，目錄項，文件描述符，文件結(jié)構(gòu)體，硬鏈接，軟鏈接各種名詞到底什么意思，它們之間又有什么關(guān)系？
• 如何理解一切皆文件，為什么 ， 這兩個系統(tǒng)調(diào)用就可以讀寫任意類型的文件？
• 一些常見的文件系統(tǒng)調(diào)用比如 ， 等等如何實現(xiàn)的？

中斷異常與系統(tǒng)調(diào)用：有時不加強調(diào)在 的架構(gòu)下一般統(tǒng)稱為中斷，它們實際的處理過程都差不多，只不過中斷來源不同而已，都是中斷源觸發(fā)中斷，生成中斷向量，然后 根據(jù)中斷向量去處理中斷，這一塊兒大概有這些問題：

• 中斷和異常有什么區(qū)別?

  
  

• 什么是軟件中斷? 軟件中斷和軟中斷是一個東西嗎？

  
  

• 中斷控制器 、(、) 的簡單認(rèn)識，了解其基本工作原理？

  
  

• 中斷的處理過程是怎樣的？

  
  

• 向量號，，門描述符(中斷門、陷阱門等)的簡單認(rèn)識
• 如何定位中斷服務(wù)程序(向量號，，，門描述符，段描述符等之間的關(guān)系)？
• 所謂的保存現(xiàn)場與恢復(fù)現(xiàn)場到底什么意思？
• 中斷期間棧是如何變化的(用戶棧如何變化到內(nèi)核棧，內(nèi)核棧又如何變化到用戶棧)？
• 多處理器下中斷有何不同，又是如何處理的？

  
  

• 系統(tǒng)調(diào)用大致過程是怎樣的?

  
  

• 系統(tǒng)調(diào)用時用戶態(tài)下程序的參數(shù)如何傳遞給內(nèi)核？

  
  

進(jìn)程： 只支持進(jìn)程，不支持線程，另外由于支持多處理器，在調(diào)度方面需要額外的鎖來避免競爭，有這么一些問題：

• 系統(tǒng)調(diào)用是如何實現(xiàn)的(如何創(chuàng)建一個進(jìn)程)?
• 第一個進(jìn)程又是如何創(chuàng)建的？
• 系統(tǒng)調(diào)用是如何實現(xiàn)的，程序是如何從磁盤加載到內(nèi)存然后運行的?
• 程序與進(jìn)程的區(qū)別？
• 調(diào)度器如何實現(xiàn)，一個進(jìn)程如何被調(diào)度上 ？
• 常見的調(diào)度算法及其優(yōu)缺點？
• 進(jìn)程如何切換的，一些資源如寄存器，，頁表是如何變化的？
• 如何實現(xiàn)進(jìn)程的休眠和喚醒，， 函數(shù)如何實現(xiàn)？
• 如何實現(xiàn)的等待與退出，， 函數(shù)如何實現(xiàn)？
• 僵尸進(jìn)程，孤兒進(jìn)程什么意思，如何解決？
• 進(jìn)程是啥，有什么作用，如何實現(xiàn)？
• 程序是從 開始執(zhí)行的嗎(簡單了解了解運行庫)？
• 堆到底是個什么玩意兒？如何實現(xiàn)？如何組織管理？

內(nèi)存管理： 的內(nèi)存管理較為簡單，使用的是空閑鏈表法將空閑內(nèi)存組織起來，有這么一些問題：

• 的物理內(nèi)存是如何管理的，虛擬內(nèi)存又是如何管理的，如何分配與回收內(nèi)存？
• 虛擬地址空間物理地址空間應(yīng)該如何理解？
• 為什么一般情況下 0 地址不能訪問，事實上 0 地址就真的不能訪問嗎？

鎖：鎖就其本身的實現(xiàn)上來說不難，難的是鎖的使用，內(nèi)核中的各種問題各種情況極其復(fù)雜，這里只簡單聊聊：

• 常見的兩種鎖，自旋鎖、休眠鎖如何設(shè)計？
• 常見死鎖判斷，如何解決

控制臺：主要是處理輸入輸出部分，特指鍵盤的輸入和顯示器的輸出，另外再有就是串口的使用，大概有這么一些問題：

• 鍵盤、顯卡、串口的簡單認(rèn)識，鍵盤驅(qū)動，顯卡驅(qū)動，串口驅(qū)動如何實現(xiàn)？
• 按下一個鍵到輸出到屏幕這之間發(fā)生了什么？
• 組合鍵的特殊功能是如何實現(xiàn)的？
• 打印函數(shù) 是如何實現(xiàn)的， 和 兩系統(tǒng)調(diào)用的完整過程？
• 為什么文件描述符 0、1、2 就表示標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出錯誤呢？
• 如何實現(xiàn)一個簡單的 ？
• 重定向什么意思，如何實現(xiàn)？
• 管道什么意思，如何實現(xiàn)？
• 一些常用命令如 、等等如何實現(xiàn)的？