什么是操作系统
是计算机硬件和应用之间的一层软件
方便我们使用硬件，如使用显存等 高效的使用硬件，如开多个终端(窗口)
操作系统管理的硬件：CPU管理，内存管理，终端管理，磁盘管理，文件管理(前面为重点部分)，网络管理，电源管理，多核管理
上电后PC的自动操作
当计算机上电时例如X86计算机：
ROM BIOS：固化在系统板子上的，B-base IO-输入输出 S-系统
0磁道0扇区：操作系统的引导扇区
汇编完成汇编文件
这里就是加载boot扇区，注意段地址寄存器不能直接用立即数赋值，需要通用寄存器ax的过渡进行间接赋值
jmp 指令 : 直接跳转
jmpi 指令 :间接跳转
如上图：
- 将go赋给ip(段地址) go这条指令从代码的start开始的多少偏移，也就是
go这条指令在代码中的位置- INITSEG赋给cs(偏移地址)
以下代码主要是通过 INT13这个中断进入的
在第四行的cl中就是代表从第二个扇区开始，旁边方框说明了根据SETUPLEN是代表从第二个扇区后的四个扇区！
call read_it 这个代码调用read_it这个中断，在下一个图中可见
吾之意：在显示开机的画面和字符前已经初始化化好了一些预代码,后续才是真系统对应的代码
当执行完后把权限还交给setup，此时jmpi 0,SETUPSEG中
0 —– ip
SETUPSEG —– cs
可以得出cs:ip中的cs(SETUPSEG)需要为9020随后的地址为90200对应第一个张图中写出的宏
操作系统的启动
回顾：OS先执行bootsect.s随后通过INT13中断执行setup.s
INT15:获取物理内存的大小，从而赋值给ax
mov [2],ax:这里的[2]中隐含前面有个段地址reg，随后段地址reg+这个[2]的偏移地址形成0x90002
科普：在inter刚发明pc机的时候内存只有1M，在1M之后的内存称之为拓展内存,至于为什么OS要知道内存大小（每个pc装的内存不统一，有的大有的小），所以OS需要知道内存用来方便管理
setup.s的作用:说白了就是把内核操作系统移动到了0地址开始的位置，以后所有的程序(lg:word、pptx等)都是建立在这个系统之上的，方便操控硬件。
从实模式进入保护模式就是切换了寻址模式，增加了寻址能力
cr0 = 0x1 就是进入保护模式，cs<<4+ip 这样也就是16位 + 4位，最多就是20位，相当于1M内存，但是1M内存怎么可能够使用，所以需要从16位的机器变为32位的机器
此时就要考虑新的寻址方式！！！
答案：采用分页式去寻址
cs — 称之为选择子，即表示只是查到是哪一页，也就是页中的什么位置
ip — 表示对应的基地址
中断方式也采用寻找页中的中断入口函数
但是表又从何而来呢，是在执行jmpi 0,8之前就已经绘制出了gdt表
如下：
第一个和第二个方框使得表绘制出来，而内容就是下面的gdt:0,0,0,0等
一个word为8个Byte = 64b
此时cs和ip都是32b的了
操作系统之GDT和IDT（三）_gdt idt-CSDN博客
仔细看怎么对应进去的，这里是大端排序,红色的段基址取出来就是0x00000000，也就是零，所以jmp跳到了system模块。
Image — 是一个系统的镜像 (源码通过Makefile生成一个操作系统的大致轮廓) 随后就是产生一个桌面(Shell),我们就可以用操作系统
注意!!! — 16位的汇编指令操作和32位指令的操作刚好反过来了 —即源reg和目标reg换位置了 (如下)
mov %as,%fs — 这里和16位的汇编指令不一样，现在已经进入到了32位的模式下，所以这条的指令内容为
mov %as, %fs表示将值从寄存器%as移动（拷贝）到寄存器%fs中。还有一个代码中的A20 — 就是开启20根地址线，寻址能力为4G
汇编进入c语言和函数之间的调用基本一致，都是通过入栈出栈操作的
随后是一些初始化，如下面的内存初始化
弄清一个剩下的都一样，这里给出内存的init
4K就是一页，划分明白，内容这里全为0
这里 mem = 0x90002,前面初始的地址
总结
- bootset : 将操纵系统读入
- setup : 获得了一些硬件参数，启动了保护模式
- head : 初始化了
gdb表以及页表 - main : 初始化内存，硬盘等区块划分
- mem_init: main中的一个函数，用来初始内存块
- 两个表 : IDT表和GDT表
操作系统接口
有如上三种形式使用计算机
fork：指的是在当前父进程下创建的子进程
exec：指的是一个新的父进程用来代替当前的进程
图形按钮就是调用一些重要的函数实现即可，主要是通过堆栈的操作实现
接口 —> 就是
系统调用
一些名词的解释
系统调用的实现
这里通过一个例子来说明当我们的main函数中调用子函数的时候为什么不能直接通过 内存 --> 内存访问 ，假如可以直接访问，结果是在运行别人代码的时候，可以直接把你的用户密码捞上，也就是用户密码泄露，不安全。
上方的代码为两种颜色，即蓝色和红色
- 蓝色 —— 用户段
- 红色 —— 内核段
- CPL:CPL是当前执行的程序或任务的特权级。它被存储在CS和SS的第0位和第1位上。通常情况下，CPL代表代码所在的段的特权级。当程序转移到不同特权级的代码段时，处理器将改变CPL。只有0和3两个值，分别表示用户态和内核态。
- DPL:DPL表示段或门的特权级。它被存储在段描述符或者门描述符的DPL字段中，DPL将会和CPL以及段或者门选择子的RPL相比较，根据段或者门类型的不同，DPL将会区别对待。
- 数值越小 –> 等级越高
绿色方框：为检查权限等级，限制用户态不能随意进入内核态执行
系统在初始化中，hand.s文件初始化了GDT表，在初始好所用硬件的最后会初始化SHELL并保持，此时CPL == 3存储在CS中，而且内核态的DPL == 0存储在GDT表中，每次跳转都要访问GDT表(也就是段reg)，此时系统知道了DPL=0，CPL=3,阻止跳转到内核态中！！！
中断是进入内核的唯一方式，但是不是所用中断都能进入内核
通过一个宏将实参传入函数
上述代码表示的三个参数分别为a,b,c
[asm volatile("int 0x80" : "=a" (res) : "" (NR ##name));]()解释如下：
asm volatile：声明这是一段内联汇编代码，volatile关键字表示编译器不应优化这段汇编代码，因为它可能会影响或依赖于外部状态。
"int 0x80"：这是汇编指令，用于执行一个系统调用（在 Linux 上）。int 0x80是 x86 架构中用来触发内核中断的指令，通常用于执行系统调用。
: "=a" (res)：这是输出操作数部分。=a表示输出结果将存储在EAX寄存器中，并且赋值给变量res。
: "" (NR ##name)：这是输入操作数部分。NR ##name表示将系统调用的编号传递给汇编代码。##是 C 语言中的预处理符号，用于连接宏。
-
输出操作数：输出操作数位于冒号 : 后的第一个部分。输出操作数使用 = 符号来标识。
- =a 表示该操作数是输出类型，并且输出结果存储在 EAX 寄存器中。
- 输出操作数的变量在内联汇编执行后将被赋值。
-
输入操作数：输入操作数位于第二个冒号 : 后。输入操作数没有 = 符号。
- “” 是一个约束（constraint），表示操作数的类型或位置，比如 a 指的是 EAX 寄存器。
- 输入操作数的变量在内联汇编执行前传递给汇编代码，但不会被修改。
INT 0x80:INT这是个中断处理符号，需要根据IDT表寻找到进入哪个中断
void sched_init(void){
set_system_gate(0x80,&system_call);
}这里的&system_call中断处理函数，是个地址，找到就跳进去
#define set system gate(n,addr) - n –> 中断号
- addr –> 中断地址
注意!!! 这里的3就是dpl,设置其等级 3 == 用户态
0x80中的8就是10000x,在cs寄存器的后两位就是CPL,刚好是两个00.
cs寄存器
| 1 | 0 | 0 | 0 |
|---|
此时执行就是为内核态去执行
!(/wp-content/uploads/2025/11/5_8.png){.alignnone}
!(/wp-content/uploads/2025/11/5_9.png){.alignnone}
此时找到sys_write后跳入执行——->真正的作用代码
重点：上图结尾的程序框图，printf的整个流程
内核中使用printk进行操作打印，printf是上层应用使用的
操作系统历史
任务调度 和 分时系统 的作用不大，但是概念的提出非常有意义
历史如下：
IBM 8080 8bit芯片诞生
1975 — 开发了操作系统CP/M
CP/M:写命令让用户用，执行命令对应的程序，单任务执行
1980 — 8086 16bit芯片诞生,在CP/M开发了QDOS
1975 — BASIC解释器被开发 –> 微软诞生
1977 — 开发出了FAT管理磁盘
QDOS的成功在于以CP/M为基础将BASIC和FAT包含了进来
文件管理和编程环境…都是用户关心的!
1980 — 微软买下了QDOS，改名为MS-DOS
MS-DOS的磁盘、文件、命令让用方便，但似乎可以更方便
1989 — MS-DOS4.0已经能支持鼠标和键盘，但是微软准备放弃
随后windows3.0 出世 ，大获成功，此后就是win95–>winxp–>Vista–>win7–>win8 …
我们的任务
主要理解怎么控制IO设备，CPU，硬盘等
在linux内核中，所有的物理内存都用struct page结构来描述，这些对象以数组形式存放，而这个数组的地址就是mem_map。内核以节点node为单位，每个node下的物理内存统一管理，也就是说在表示内存node的描述类型struct pglist_data中，有node_mem_map这个成员，其针对平坦型内存进行描述(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)，与此相反的是SPARSEMEM，其稀疏性内存描述。
mem_map是一个数组，存放了所有的页描述符。一个页对应一个页描述符。 也就是上面说的表格
详细见：
CPU管理、内存管理 为 进程VIEW(进程视图)
磁盘管理、终端设备管 为 文件VIEW(文件视图)
分为两个阴影展开讲解
