操作系统设计与实现

　　《操作系统设计与实现/“基于系统能力培养的计算机专业课程建设研究”项目规划教材》为“基于系统能力培养的计算机专业课程建设研究”项目规划教材。《操作系统设计与实现/“基于系统能力培养的计算机专业课程建设研究”项目规划教材》定位于初学者的动手实践类操作系统教材，可带领读者一步步从无到有，实现一个近1万行的小型内核Lcore。全书共10章。第1章简单回顾操作系统的基本原理；第2章从操作系统五大模块入手设计Lcore系统；第3章为Lcore添加VGA显示功能；第4章从时钟中断入手讨论如何在内核中实现中断处理；第5章实现键盘输入功能；第6章分别实现内存管理系统的Bootmem、Buddy、Slub分配器；第7章介绍进程管理初始化、进程创建、页异常处理和进程调度；第8章实现一个能够在Lcore内核中运行的类FAT32文件系统，同时也涉及如何编写一个SD卡的小驱动；第9章实现系统调用模块；第10章开发一款专属、简单的shell。附录是硬件实验平台手册，说明平台的有关使用细节，以便读者在开发过程中随时查阅。《操作系统设计与实现/“基于系统能力培养的计算机专业课程建设研究”项目规划教材》可作为本科计算机类专业操作系统课程配套的实践教材，也可供有关技术人员参考。

　　陈文智，浙江大学教授，博士生导师。主要研究方向为计算机系统级软件、计算机网络和安全、嵌入式系统及应用、计算机体系结构。承担国家自然基金、国家“863”重大项目、核高基重点项目、科技支撑计划项目、科技重大专项等科研项目10余项，在高水平学术期刊或会议发表论文50余篇，获国家发明专利授权20余项。主讲“嵌入式系统”“操作系统”“计算机体系结构”“软件工程”“计算机系统综合”等课程。曾获浙江省科技进步一等奖、浙江省教学成果一等奖。2013年获全国宝钢**教师奖。

第1章 操作系统开发介绍
1．1 操作系统原理
1．1．1 进程管理
1．1．2 内存管理
1．1．3 文件管理
1．1．4 I/O设备管理
1．1．5 用户接口
1．2 实验平台简介
1．2．1 物理实验平台
1．2．2 计算机硬件体系结构
1．2．3 QS模拟器
1．2．4 平台指令集
1．3 开发环境搭建
1．3．1 交叉编译工具链
1．3．2 QS模拟器使用
1．3．3 其他工具
小结
第2章 系统设计与初始化
2．1 Lcore整体设计
2．1．1 进程管理
2．1．2 内存管理
2．1．3 文件系统
2．1．4 I/O设备
2．1．5 用户接口
2．2 建立初始化框架
2．2．1 init_Kernel函数
2．2．2 中断异常人口
2．2．3 内核页表初始化
2．2．4 其他初始化
小结
第3章 VGA显示功能
3．1 VGA初始化
3．1．1 实验平台VGA介绍
3．1．2 实现VGA初始化
3．2 实现put_char函数
3．2．1 scroll_screen函数
3．2．2 put_char_ex函数
3．2．3 pu_char函数
3．3 实现printk函数
3．3．1 可变参数函数
3．3．2 相关子函数的实现
3．3．3 printk函数的实现
小结
第4章 处理时钟中断
4．1 硬件的外部中断
4．1．1 机制剖析
4．1．2 相关硬件接口
4．2 中断处理注册机制
4．2．1 相关数据结构
4．2．2 中断处理人口
4．2．3 中断处理注册
4．3 时钟中断实现
4．3．1 时钟中断注册
4．3．2 显示信息规划
4．3．3 系统时间显示
小结
第5章 键盘输入功能
5．1 键盘中断处理
5．1．1 相关硬件接口
5．1．2 实现键盘中断处理
5．2 键盘扫描码解析
5．2．1 键盘扫描码
5．2．2 解析扫描码
小结
第6章 物理内存管理
6．1 内存管理策略
6．2 Bootmem管理实现
6．2．1 Bootmem数据结构
6．2．2 Bootmem初始化
6．3 Buddy系统实现
6．3．1 Buddy系统数据结构
6．3．2 Buddy系统初始化
6．3．3 Buddy系统内存释放
6．3．4 Buddy系统内存分配
6．4 S1ub系统实现
6．4．1 Slub系统数据结构
6．4．2 Slub系统初始化
6．4．3 Slub系统分配内存
6．4．4 Slub系统释放内存
小结
第7章 实现进程管理
7．1 进程管理初始化
7．1．1 进程数据结构
7．1．2 进程初始化
7．2 进程创建
7．3 页异常处理
7．3．1 缺页异常处理
7．3．2 写保护异常
7．4 进程调度
7．4．1 调度初始化
7．4．2 执行调度
小结
第8章 实现文件系统
8．1 SD卡驱动程序实现
8．1．1 SD卡通信方式简介
8．1．2 实现SPI通信
8．1．3 指令处理
8．1．4 实现SD卡初始化
8．1．5 实现SD卡读操作
8．1．6 实现SD卡写操作
8．2 文件系统实现
8．2．1 文件控制块的实现
8．2．2 缓存机制的实现
8．2．3 FAT表
8．2．4 文件系统初始化
8．2．5 打开文件
8．2．6 关闭文件
8．2．7 文件读取
8．2．8 文件写入
8．2．9 创建文件
小结
第9章 添加系统调用
9．1 系统调用框架
9．1．1 系统调用人口
9．1．2 系统调用初始化
9．1．3 系统调用定义
9．2 添加系统调用
9．2．1 进程管理相关
9．2．2 输入显示相关
9．2．3 文件系统相关
小结
第10章 实现简单shell
10．1 实现用户态库
10．2 实现shell程序
10．2．1 解析程序
10．2．2 内建命令
10．3 其他基本程序
10．3．1 ls命令
10．3．2 ps命令
10．3．3 kill命令
小结
结束语
附录A 实验平台手册
A．1 实验平台详细介绍
A．1．1 Sword实验平台
A．1．2 物理地址分配
A．1．3 CPO寄存器组
A．1．4 中断处理
A．1．5 MMU功能
A．1．6 外设接口
A．2 实验平台指令集
A．2．1 算术运算指令
A．2．2 逻辑运算指令
A．2．3 移位指令
A．2．4 读写指令
A．2．5 跳转指令
A．2．6 自陷指令
A．2．7 CP指令
A．3 实验平台寄存器
A．3．1 通用寄存器
A．3．2 CPO寄存器