高考考试网
当前位置: 首页 高考资讯

自己写操作系统难吗(教你设计一个简单的系统)

时间:2023-08-04 作者: 小编 阅读量: 5 栏目名: 高考资讯

LMOS的雏形至此诞生。经过我这几年的独立开发,现在LMOS已经发布了8个测试版本。理论基础是要补充的,但相对来说,实践更为重要。接着进行夺权,从固件程序的手中抢过计算机并进行初始化,其中包含初始化CPU、内存、中断、显示等。然后,开始建设中枢的各级部门,它们分别是内存管理部门、进程管理部门、I/O管理部门、文件管理部门、通信管理部门。

先来介绍一下我自己。我是Intel 傲腾项目开发者之一,也是《深度探索嵌入式操作系统》这本书的作者。

我曾经为Intel做过内核层面的开发工作,也对Linux、BSD、SunOS等开源操作系统,还有Windows的NT内核很熟悉。这十几年来,我一直专注于操作系统内核研发。

LMOS(基于x86平台支持多进程、多CPU、虚拟化等技术的全64位操作系统内核)跟LMOSEM(基于ARM处理器平台的嵌入式操作系统内核)是我独立开发的两套全新的操作系统内核,它们的代码规模都达到了数十万行,并且现在仍在更新。

当时是基于兴趣和学习的目的开始了这两套操作系统,在这个过程中,我遇到了各种各样的技术问题,解决了诸多疑难杂症,总结了大量的开发操作系统的方法和经验。非常希望能在这个专栏与你一起交流。

每个工程师都有必要学好操作系统吗?

经常会有同学问我这样一些问题:我是一个做应用层开发的工程师,有必要学习操作系统吗?我的日常工作中,好像用不到什么深奥的操作系统内核知识,而且大学时已经学过了操作系统课程,还有必要再学吗?

对于这些问题,我的答案当然是“有必要”。至于理由么,请听我慢慢为你道来。

你是否也跟我一样,曾经在一个数千万行代码的大项目中茫然失措?一次次徘徊在内存为什么会泄漏、服务进程为什么会dang掉、文件为什么打不开等一系列“基础”问题的漩涡中?

你是否惊叹于Nginx的高并发性?是不是感觉Golang的垃圾回收器真的很垃圾?除了这样的感叹,你也许还好奇过这样一些问题:MySQL的I/O性能还能不能再提升?网络服务为什么会掉线?Redis中经典的Reactor设计模式靠什么技术支撑?Node.js 的 I/O 模型长什么模样……

如果你也追问过上面的这些问题,那这会儿我也差不多可以给充满求知欲的你指一条“明路”了。这些都将在后面的学习中,找到答案。

为什么说操作系统很重要?

首先我们都知道,操作系统是所有软件的基础,所有上层软件都要依赖于操作系统提供的各种机制,才能运行。

而我在工作中也认识了很多技术大牛,根据我的观察,他们的基本功往往十分扎实,这对他们的架构视野、技术成长都十分有帮助。

如果你是后端工程师,在做高性能服务端编程的时候,内存、进程、线程、I/O相关的知识就会经常用到。还有,在做一些前端层面的性能调优时,操作系统相关的一些知识更是必不可少。

除了Web开发,做高性能计算超级计算机的时候,操作系统内核相关的开发能力也至关重要。其实,即使单纯的操作系统内核相关的开发能力,对于工程师来说也是绕不过的基本功。

对于运维、测试同学,你要维护和测试的任何产品,其实是基于操作系统的。比如给服务配置多大的内存、多大的缓存空间?怎样根据操作系统给出的信息,判断服务器的问题出现在哪里。随着你对操作系统的深入理解和掌握,你才能透过现象看本质,排查监控思路也会更开阔。

除了工作,操作系统离我们的生活也并不遥远,甚至可以说是息息相关。要知道,操作系统其实不仅仅局限于手机和电脑,你的智能手表、机顶盒、路由器,甚至各种家电中都运行着各种各样的操作系统。

可以说,操作系统作为计算机的灵魂,眼前的工作、日常的生活,甚至这个行业未来的“诗与远方”都离不开它。

操作系统很难,我能学得会么?

但即使是大学时期就学过操作系统的同学,也可能会感觉学得云里雾里。更别说非科班的一些人,难度更甚,甚至高不可攀。那为什么我这么有信心,给你讲好操作系统这门课呢?这还要从我自己的学习经历说起。

跟许多人一样,我看的第一本C教程就是那本“老谭C”。看了之后,除了能写出那个家喻户晓的“hello world”程序,其它什么也干不了。接着我又开始折腾C++、Java,结果如出一辙,还是只能写个“hello world”程序。

还好我有互联网,它让我发现了数据结构与算法,经过一番学习,后来我总算可以写一些小功能的软件了,但或许那根本就称不上功能。既然如此,我就继续折腾,继续学习微机原理、汇编语言这些内容。

最后我终于发现,操作系统才是我最想写的软件。我像着了魔一样,一切操作系统、硬件层相关的书籍都找来看。

有了这么多的“输入”,我就想啊,既然是写操作系统,为什么不能把这些想法用代码实现出来,放在真正的计算机上验证一下呢?

LMOS的雏形至此诞生。从第一行引导代码开始,一次又一次代码重构,一次又一次地面对莫名的死机而绝望,倒逼我不断改进,最终才有了现在的LMOS。因为一个人从零开始,独立开发操作系统这种行为有点疯狂,我索性就用LMOS(liberty,madness,operating,system)来命名了我的操作系统。

经过我这几年的独立开发,现在LMOS已经发布了8个测试版本。先后从32位单CPU架构发展到64位多CPU架构,现在的LMOS已经是多进程、多线程、多CPU、支持虚拟内存的x86_64体系下的全64位操作系统内核,代码量已经有10万多行了。

后来,我又没忍住自己的好奇心,写了个嵌入式操作系统——LMOSEM。由于有了先前的功底,加上ARM体系很简单,所以我再学习和实现嵌入式操作系统时,就感觉驾轻就熟了。

经过跋山涉水,我再回头来看,很容易就发现了为什么操作系统很难学。

操作系统需要你有大量的知识储备,但是现在大多的课程、学习资料,往往都是根据目前已有的一些操作系统,做局部解读。所以,我们学的时候,前后的知识是无法串联在一起的。结果就会越看越迷惑,不去查吧,看不懂,再去搜索又加重了学习负担,最后只能遗憾放弃。

那怎样学习操作系统才是最高效的呢?理论基础是要补充的,但相对来说,实践更为重要。我认为,千里之行还得始于足下。

所以,通过这个专栏,我会带你从无到有实现一个自己的操作系统。

我会使用大量的插图代码和风趣幽默的段子,来帮助你更好地理解操作系统内核的本质。同时在介绍每个内核组件实现时,都会先给你说明白为什么,带着你基于设计理解去动手实现;然后,再给你详细描述Linux内核对应的实现,做前后对比。这样既能让你边学边练,又能帮你从“上帝视角”审视Linux内核。

我们课程怎么安排的?

操作系统作为计算机王国的权力中枢,我们的课程就是讲解如何实现它。

为此,我们将从了解计算机王国的资源开始,如CPU、MMU、内存和Cache。其次要为这个权力中枢设计基本法,即各种同步机制,如信号量与自旋锁。接着进行夺权,从固件程序的手中抢过计算机并进行初始化,其中包含初始化CPU、内存、中断、显示等。

然后,开始建设中枢的各级部门,它们分别是内存管理部门、进程管理部门、I/O管理部门、文件管理部门、通信管理部门。最后将这些部门组合在一起,就形成了计算机王国的权力中枢——操作系统。

我们的课程就是按照上述逻辑,依次为你讲解这些部门的实现过程和细节。每节课都配有可以工作的代码,让你能跟着课程一步步实现。你也可以直接使用我提供的代码一步步调试,直到最终实现一个基于x86平台的64位多进程的操作系统——Cosmos。

你能获得什么?

走这样一条“明路”,一步一个脚印,最终你会到达这样一个目的地:拥有一个属于自己的操作系统内核,同时收获对Linux内核更深入的理解。

学完这门课,你会明显提升操作系统架构设计能力,并且可以学会系统级别的软件编程技巧。我相信,这对你拓展技术深度和广度是大有裨益的。之后你在日常开发中遇到问题的时候,就可以尝试用更多维度的能力去解决问题了。

同时,由于操作系统内核是有核心竞争力的高技术含量软件,这能给你职业生涯的成长带来长远的帮助。如今,在任何一家中大型互联网公司都使用大量的Linux服务器。

操作系统相关的内容,已经成为你涨薪、晋升的必考项,比如 Linux 内核相关的技术,中断、I/O、网络、多线程、并发、性能、内存管理、系统稳定性、文件系统、容器和虚拟化等等,这些核心知识都来源于操作系统。

而跳出个人,从大局观出发的话,计算机系统作为20世纪以来人类最伟大的发明之一,已经深入人们生活的方方面面,而计算机作为国家级战略基础软件,却受制于人,这关系到整个国家的信息安全,也关系到互联网信息行业以及其它相关基础行业的前途和未来。

而要改变这一困局,就要从培养技术人才开始。对于我们工程师来说,树高叶茂,系于根深,只有不断升级自己的认知,才能让你的技术之路行稳致远。

下面,我给出一个简化的操作系统知识体系图,也是后面课程涉及到的所有知识点。尽管图中只是最简短的一些词汇,但随着课程的展开,你会发现图中的每一小块,都犹如一片汪洋。

现在让我们一起带着好奇,带着梦想,向星辰大海进发!

    推荐阅读
  • 冷藏和冷冻的区别(如何区分冷藏和冷冻)

    下面内容希望能帮助到你,我们来一起看看吧!冷藏和冷冻的区别冷藏室以不冻伤食品又有保鲜作用为准,冷冻室食品中的水分会凝结成霜,到一定程度还要除霜。冷藏食品中的冷藏,实际上是指冻藏,冷藏食品或称速冻食品,急冻食品,保鲜食品,能以冷冻方式保存数个月。特别注意的是冷冻只能减缓食物腐败的过程,使微生物的生长过程停止但却不能杀死。急冻食品是一种很常见的食物保存法,可大幅减低食物腐坏和化学反应的速度。

  • 寓意好的字男孩(男孩寓意好的字有哪些)

    寓意好的字男孩楠:指楠树,是一种常绿乔木,木材纹理细密,质地坚硬,且含有香气,是一种十分贵重的木材,用于人名时表露出父母对男孩的珍爱之情。念[gèng]时与“亘”含义相同,有圆满,充满的意义。

  • 拆弹专家剧情解析(拆弹专家2四大看点解析)

    作为警匪题材的《拆弹专家2》,甫一亮相就呈现灾难片的奇观。片头是炸机场,片尾又炸掉历时5年建成、投资超过70亿港币的青马大桥。身上背负的人命成为潘乘风记忆中缺失的点,植入的记忆成为拯救他的最后稻草。因为耽于过去而被极端组织利用的潘乘风,面对自己精心设计的"宏伟"计划,与之一同灰飞烟灭。

  • 普通发票如何作废流程(一定不要这样作废发票)

    只要你的企业销售额超过500万就会被税务局强制转为一般纳税人,则不能享受小规模纳税人的优惠了。符合作废条件,同时要具有以下情形:1.收到退回的发票联、抵扣联时间未超过销售方开票当月。在没有收回专用发票抵扣联及发票联,或虽已收回专用发票抵扣联及发票联但购货方已将专用发票抵扣联报送税务机关认证的情况下,是不可以作废已开具的专用发票的。

  • 债务人欠网贷逾期会坐牢吗?(债务人欠网贷逾期会坐牢吗)

    一旦房贷产生逾期,贷款方会看到逾期还款记录。银行会在房贷合同中设置违约条款,连续3次或累计6次逾期还款,就要求借款人一次性偿还所有贷款本息。如果用户房贷超过3个月未还款,银行会按照借款合同和担保合同的约定,向法院提起诉讼。法院将会采取财产保全等措施,冻结贷款人及担保人所有银行账户上的存款,查封已抵质押的财产。

  • 最常用的英语口语二十句(常用英语口语100句)

    别往心里去,别为此而忧虑伤神。常表明说话人不愿意逃避困难的现状。坦诚自己的感受时说:Afterallthatwork,I'mreallydead。常用在一个人听了一件事后表示惊讶、怀疑。当朋友或同事不小心摔坏你的东西时就可以用上这句话给他一个台阶,打破尴尬局面。恭喜你,祝贺你。寻求帮助的日常用语:42.Wouldyoupleaseopenthedoorforme?

  • 雪花酥很硬是什么原因(雪花酥做出来很硬怎么补救)

    我们一起去了解并探讨一下这个问题吧!雪花酥很硬是什么原因雪花酥很硬可能是因为火候太大的缘故,另外就是在棉花糖刚好融化的时候就关火,不要熬制太长时间,这样做出来的雪花酥就不会特别硬了。雪花酥做出来很硬没有办法补救,这种雪花酥口感不是很好,不想吃的话,可以重新制作。雪花酥是用棉花糖炒出来的,注意棉花糖不要炒太长时间。

  • 黑巧克力制作技巧(黑巧克力制作技巧分享)

    普通锅或者电饭锅烧水,烧到手放进去感到热就可以在锅中放一个干净无水的小碗,将可可脂放入碗中隔水加热,可可脂会逐渐融化,适当搅拌加速其融化,搅拌的过程可以关火一段时间,不要让锅里的水到太烫的程度,尤其千万不能到沸腾的程度;,今天小编就来聊一聊关于黑巧克力制作技巧?

  • 怎么补气养血(补气养血的方法)

    多吃红肉红肉里面含有的铁元素比较多,所以在补血方面是不错的选择而且红肉含有的胆固醇相对来说比较低,对人体比较有益,今天小编就来说说关于怎么补气养血?而且红肉含有的胆固醇相对来说比较低,对人体比较有益。这三位在补气血方面是佳品。在熬汤的过程中放入党参、红枣、人参,以及各种菌类,经常食用,有很好的补气血效果。每天晒晒太阳可以补充阳气。如果气血严重不足,建议还是喝点中药吧!

  • 搞笑神回复男生(爆笑神回复兄弟们)

    爆笑神回复兄弟们欢迎您来看我哦,喜欢的话记得点赞加关注呦,么么哒[比心]你能玩出什么花来?女朋友和我的肤色不一样,要是生出的小孩会不会有影响?跟我说干什么啊,真是能把人气死[捂脸][思考][思考][思考][思考][思。