基于Linux的个人简单操作系统的设计与实现

妖狐艹你老母 2024-04-03 08:50 56阅读 0赞

目录  
摘要 1  
第一章 绪论 1  
第二章 计算机组成结构 1

1.  计算机的整体架构 1
2.  I/O端口寻址和访问控制方式 2  
    2.1. I/O端口和寻址 2  
    2.2. 接口访问控制 3
3.  主存储器和BIOS 4
4.  控制器与控制卡 4
5.  总结 5  
    第三章 Intel架构 1
6.  基本架构 1  
    1.1. 寄存器 1  
    1.2. 数据类型 2  
    1.3. 指令集 2  
    1.4. 过程调用、中断和异常处理 3
7.  系统编程指导 3  
    2.1. 保护模式内存管理 3  
    2.2. 中断和异常处理 4  
    2.3. 任务管理 4  
    第四章 系统运行原理与功能模块设计 1
8.  系统的运行原理 1
9.  系统的功能模块描述 3  
    第五章 系统环境 1
10. 开发环境 1  
    1.1. 操作系统 1  
    1.2. 汇编器 1  
    1.3. 编译器 1  
    1.4. 文件管理器 1
11. 运行环境 2  
    2.1. bochs模拟器 2  
    第六章 文件结构 1  
    第七章 编码与测试 1  
    第八章 总结 1  
    参考文献 2  
    第四章 系统运行原理与功能模块设计  
    我从系统运行原理和功能模块设计两个方面来描述我的系统的整体设计。系统运行原理描述了本系统启动到系统正常运行的过程。系统功能模块的描述是我对系统相关功能的实现。前一部分我主要描述它的执行过程的系统；后一部分我主要描述相关要实现概念的表示。两者的整体的关系图4-1如下，

图表 4-1 运行过程与功能模块图  
操作系统的有三个基本概念，分别为进程、文件、命令解释器，又结合上图。我把操作系统设计为由元素和进程组成。元素包括子程序（主要系统函数和中断函数）、硬件元素（像寄存器，内存等）。进程由元素和进程（本身和其他）组成的。而系统建立在进程之上。  
1.系统的运行原理  
这一个部分主要讲述了图4-1中t1-t2（引导），t2-t3（执行引导程序）和t3-t4（进入32为模式）的三个过程。  
t1-t2为引导过程，可以看如下的流程图

图表 4-2 系统引导过程  
当计算机系统上电后，CPU会自动把代码段的寄存器CS设置为0xf000，其段基址设置为0xffff0000，段长度被设置为64KB。而IP被设置为0xfff0，因此此时CPU代码指针指向0xfffffff0处，即4GB空间的最后64KB的最后16B处。此时是计算机系统在加电后自动完成的。然后BIOS进行一系列的硬件检测和初始化操作之后，就会把与原来系统兼容的64KB BIOS代码和数据复制到内存低端1MB末端的64KB处，本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=14587然后跳转到这个地方并让CPU真正运行在实地址模式下。最后BIOS就会从硬盘或其他块设备把操作系统引导程序加载到内存0x7c00处。然后代码指针就指向0x7c00处。  
t2-t3在本系统开发中是相当简单，做了两件事情。继续从软盘中加载源代码和关闭中断。也就是执行第一部分加载那部分512个字节的代码。  
t3-t4在本系统开发中算是比较复杂。如图下图，  
图表 4-3 进入32位模式过程图  
这里关掉中断的原因是防止在重置内存代码时，用户按键盘而产生I/O中断，而影响重置代码的过程。初始化GDT/LDT/IDT是为了在重开中断做准备。系统进入32位模式后将不在原生的BIOS。  
t4-t5…表示系统进入32位后的具体操作,因为前面部分主要参考Linux系统的启动过程。而后面的部分，以自主设计为主，将在4.2部分描述相关的概念。  
2.系统的功能模块描述  
如第4章开头部分所描述的，操作系统基本的三个概念为进程、文件和命令解释器。在这里主要讲述进程。而把文件和命令解释器也看作是进程 。进程的结构设计如下图，  
图表 4-4表示本系统进程设计  
在这里要提的一个关键点是进程可以引用其它进程，这是一个复制的过程。  
在考虑了进程的设计之后，接下来描述的是进程的表示。进程可以形象的表示为运行代码的过程，就像一个厨师一边看烹饪书籍（相当于代码），一边按书里的介绍做事。而在硬件中，我们对特定范围的内存的自动读取过程，看作一个进程的过程，这特定范围的内存的名字，表示进程名。  
第五章 系统环境  
系统开发环境主要分为两个部分：开发环境和运行环境。开发环境相关的有操作系统、汇编器、编译器等等。运行环境主要介绍了BOCHS。  
1.开发环境  
1.1.操作系统  
表格 5-1 开发环境的系统表格  
操作系统 64-bit Ubuntu 11.10  
处理器 Intel i5 3210M 2.5GHz  
内存 DDR3

/*
     * file: fprime.c
     * This program calculates prime numbers
     */
    
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    #include "cdecl.h"
    
    /*
     * function find_primes
     * finds the indicated number of primes
     * Parameters:
     *   a - array to hold primes
     *   n - how many primes to find
     */
    extern void PRE_CDECL find_primes( int * a, unsigned n ) POST_CDECL;
    
    int main()
    {
        
      int status;
      unsigned i;
      unsigned max;
      int * a;
    
      printf("How many primes do you wish to find? ");
      scanf("%u", &max);
    
      a = calloc( sizeof(int), max);
    
      if ( a ) {
        
    
        find_primes(a,max);
    
        /*
         * print out the last 20 primes found
         */
        for(i= ( max > 20 ) ? max - 20 : 0; i < max; i++ )
          printf("%3d %d\n", i+1, a[i]);
    
        free(a);
        status = 0;
      }
      else {
        
        fprintf(stderr, "Can not create array of %u ints\n", max);
        status = 1;
      }
    
      return status;
    }

![在这里插入图片描述][c71a7d47aed74f079bf962885886b8b0.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][b60cf03cfaa34db4a91477dc0041eadd.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][695e87bf31db445794d464555770c7e6.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][09f3b21be80543aeb786b6e892e72412.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][e76539d89ad64b1a9b3ad78f8855fcb6.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][d572f6a75e7846eb82f133963c0643f0.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][f1c86ae50bff4c0098e0724f698e8855.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][6132e9cff7cd405aae7c76bcf88cfbce.png_pic_center]

[c71a7d47aed74f079bf962885886b8b0.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/8eea64ea98a6435db0a5f569f35a75d9.png
[b60cf03cfaa34db4a91477dc0041eadd.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/68a664fc37cf47cdb2a0d8b0933b04b3.png
[695e87bf31db445794d464555770c7e6.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/5e228495f3934e93bc09c1a9fe838673.png
[09f3b21be80543aeb786b6e892e72412.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/8766a7e205b84ce0b0781f0c363cecc6.png
[e76539d89ad64b1a9b3ad78f8855fcb6.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/3d4b10f4ed1f4b83ba35149d9eb58d2d.png
[d572f6a75e7846eb82f133963c0643f0.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/8d822e2a84484e6b88bf8a79d00c48ff.png
[f1c86ae50bff4c0098e0724f698e8855.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/92564944e327475b91679dd95cd9c67b.png
[6132e9cff7cd405aae7c76bcf88cfbce.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/d5f8d981382b4bc0b2c0f291e57891e6.png