文末附彩蛋、运行效果图以及源代码
计算机相关专业的读者们在大学时都学习过《操作系统》这门课程。对于什么是操作系统，老师们普遍以理论概念为主进行教授，比如，什么是进程，什么是线程，什么是文件系统等知识点。可是，像进程与线程的创建过程、空间换时间的应用场景等内容却鲜有提及。不过，可能有些人觉得没有必要非常清楚这些问题，以前的我也曾有过此种想法。待到有幸从事几年Linux内核级的研发工作后，我才逐渐对上述问题有了比较直观、深刻的认知，并且慢慢体会到，如果不清楚操作系统原理，某些问题解决起来非常困难。
在计算机领域，中国的发展速度仍然落后于发达国家，师资力量不足是在所难免的。一些学校只是概括性地传授微机原理、汇编语言、计算机组成原理、编译原理、操作系统等基础知识，甚至还可能只将它们作为选修课程。但在工作多年的反思中才发现，它们是融会贯通计算机领域的必要知识，它们往往决定了一个人能在计算机行业走多远。而且，目前中国软件行业仍以外包为主，能够静下心来做技术储备、基础知识培训的自主研发型公司少之又少，这种局面使得我们想在工作中弥补基础知识依然十分困难。
现今，网络上已有不少关于操作系统实践类的文章和图书，这些文章和图书作为入门学习是很不错的选择。可是，这些文章和图书内容的一个通病是，操作系统普遍采用Intel 32位处理器的虚拟平台进行开发、研制。这个32位处理器的虚拟平台虽然学起来简单，但如果用到工作中举一反三的话，还是存在诸多差距与不足。比较典型的例子有，虚拟平台与物理平台在软硬件执行流程上的差异、多核处理器间的通信机制、高级中断控制器的配置、先进的64位处理器体系结构等，这些问题难以正确分析、推理及解决，会导致理论与实践脱节。
考虑到对操作系统感兴趣的读者不在少数，基础知识的掌握水平势必参差不齐。为了照顾到各个方面，本书将尽量做到既适合在校学习理论知识的初学者，又适合在职工作的软件工程师或有一定基础的业余爱好者。
《一个64位操作系统的设计与实现》讲述了一个64位多核操作系统的自制过程。首先从虚拟平台构筑起一个基础框架，随后再将基础框架移植到物理平台中进行升级、完善与优化。为了凸显64位多核操作系统的特点，物理平台选用搭载着Intel Core i7处理器的笔记本电脑。与此同时，本书还将Linux内核的源码精髓、诸多官方白皮书以及多款常用协议浓缩于其中，可使读者在读完本书后能够学以致用，进而达到理论联系实际的目的。
这不是一本由几万行代码简单罗列成的书，也不是一本由各种技术文档堆砌成的书。当你在学习计算机操作系统原理时迷失了方向，它会为你点亮一盏灯，照亮前方的路。
本文将从目录、主要内容和总结这三部分的结构给大家介绍，同时附上部分运行效果图及源代码，希望大家能够喜欢！！
目录
主要内容
全书共16章。第1~2章讲述了操作系统的基础概念和开发操作系统需要掌握的知识;第3~-5章在虚拟平台下快速构建起一个操作系统模型;第6~16章将在物理平台下对操作系统模型做进一步升级、 优化和完善。
第一部分 操作系统相关知识介绍及环境搭建
这一部分将介绍操作系统相关知识及环境搭建方法，包含两章内容:
第1章操作系统概述;
第2章环境搭建及基础知识。
第1章操作系统概述：本章首先从宏观上介绍操作系统由哪几部分组成，然后介绍编写操作系统必须掌握的知识，最后再简要介绍本书操作系统。
本章主要向读者介绍如下内容
什么是操作系统
操作系统的组成结构
编写操作系统需要的知识
本书操作系统简介
第2章环境搭建及基础知识：本章介绍编写本书操作系统所需的基础知识、系统环境及环境搭建方法，大家不必在这方面耗费太多精力，本若够用就好的原则即可。
本章主要向读者介绍如下内容
虚拟机及开发系统平台介绍
汇编语言
C语言
第二部分初级篇
初级篇将快速搭建起一个操作系统雏形，使读者初步了解操作系统的组织结构、各模块的功能以及模块间的联系，包括如下3章内容。
第3章BootL oader引导启动程序：本章将采用一种简洁、高效的开发方式对BootLoader引导启动程序进行讲解，进而将BootL oader引导启动程序的整体概貌展现在读者面前，然后在高级篇里对BootI oader引导启动程序的更多技术细节再做进一步解释。
从这一章开始，将正式进入操作系统开发环节。话不多说，精彩即刻开始!
本章主要向读者介绍如下内容
Boot引导程序
Loader 引导加载程序
第4章内核层：经过BootLoader引导加载程序的洗礼后，现在正式进入系统内核程序的研发环节，本章将会把系统内核各个部分的基础功能展现在读者面前。当读者了解系统内核的基础功能后，高级篇再对这部分内容进行结构化和深入化。
本章主要向读者介绍如下内容
内核执行头程序
内核主程序
屏幕显示
系统异常
初级内存管理单元
中断处理
键盘驱动
进程管理
第5章应用层：经过前一章的学习，我们已经简单实现了操作系统的内核层程序。虽然这个系统的核心极其简陋，但它已是原理性知识的实践化，这就是种进步。内核层 主要是为应用层提供服务的， 既然内核层已经初步实现，本章将会把工作重心从内核层转移到应用层。
本章主要向读者介绍如下内容
跳转到应用层
实现系统调用API
实现一个系统调用处理函数
第三部分高级篇
高级篇将会补充讲解初级篇跳过的复杂内容，并在此基础上进行诸多功能扩展和原理性描述，相关章节包括如下内容:其中，第6章是对处理器体系结构的探索，主要针对Intel处理器在各种运行模式下的寻址方式进行讲解;第7章补充了初级篇引导启动部分遗漏的内容，并将BootLoader程序移植到物理平台;第8~14章属于内核层的内容，这部分内容深化并升级了初级篇的系统内核，使其功能更加丰富、健壮;第15章属于应用层的内容，它将-一个只能显示Hello World !的应用程序，演变成一个具备交互能力的Shell命令解析器。
第6章处理器体系结构：本章主要介绍Intel处理器体系结构相关知识，并结合这些知识对初级篇编写的程序进行补充讲解，从而使读者们更加直观地学习这部分内容。限于篇幅，本章将主要讲解Intel处理器的基础功能、各种运行模式的特点、各个地址空间的转换过程及方法等常用知识，而像高级中断控制器( APIC )、多核处理器管理等知识将会在需要时另作补充。
本章主要向读者介绍如下内容
基础功能与新特性
地址空间
实模式
保护模式
IA-32e模式
第7章完善BootLoader功能：本章将会对初级篇编写的BootL oader程序进行升级和完善，并补充讲解遗漏的技术细节。而且从本章开始我们将进入物理平台的研发工作，光听听就会觉得这是一件令人热血沸腾的事，想必读者已经期待物理平台的讲解许久了。
本章主要向读者介绍如下内容
实模式的寻址瓶颈
获取物理地址空间信息
操作系统引导加载阶段的内存空间划分
U盘启动
在物理平台上启动操作系统
细说VBE功能的实现
第8章内核主程序：本章将会继续对初级篇中的内核主程序进行功能性补充，并对操作系统的地址空间划分情况以及此前遗漏的编译、链接等知识予以补充说明。
本章主要向读者介绍如下内容
内核主程序功能概述
操作系统的Makefile编译脚本.
操作 系统的kernel.lds链接脚本
操作系统的线性地址空间划分.
获得处理器的固件信息
第9章高级内存管理单元：本章内容仍将涉及内存和物理页的分配/回收算法，虽然在初级内存管理单元一节中， 已经实现了对物理内存信息的检测，并初步实现了物理页的分配功能，但这些功能还不够强大，不足以支撑整个系统内核的正常运行，因此需要通过本章内容对现有内存管理单元进行补充完全。
本章主要向读者介绍如下内容
SLAB内存池
基于SLAB内存池技术的通用内存管理单元
调整物理页管理功能
页表初始化
第10章高级中断处理单元：在初级篇中，我们已经实现了单核处理器的中断处理单元，它基于8259A PIC实现，是单核处理器时代的典型中断控制器芯片。由于8259A芯片只能将中断请求信号投递给一个指定的处理器，所以当多核处理器问世后，如果依然沿用此类芯片，则在爆发大量中断请求时，此类芯片势必会影响处理器对它们的响应速度。
本章主要向读者介绍如下内容
APIC概述
Local APIC
I/O APIC
中断控制器的模式选择与初始化
高级中断处理功能
第11章设备驱动程序：本章将涉及键盘、鼠标控制器的配置，键盘扫描码的解析，鼠标数据包格式的解析，硬盘控制器协议的使用等知识点。
本章主要向读者介绍如下内容
键盘和鼠标驱动程序
硬盘驱动程序
第12章进程管理：经过设备驱动程序一章的洗礼后，本章将对初级篇的进程管理单元(或称进程管理模块)进行补充、升级与完善，这一过程将涉及多核处理器、进程调度、临界区竞争、进程间通信等重要内容和相关知识点。相信经过此次升级后的进程管理单元会更加精彩。
本章主要向读者介绍如下内容
进程管理单元功能概述
多核处理器
进程调度器
内核同步方法
完善进程管理单元
第13章文件系统：本章将带领读者实现功能更强大的FAT32文件系统。
本章主要向读者介绍如下内容
文件系统概述
解析FAT32文件系统
虚拟文件系统
第14章系统调用API库：本章将在适当参考POSIX规范标准的基础上，从现有核心模块中为应用程序抽象出系统调用API。
本章主要向读者介绍如下内容
系统调用API结构
基于POSIX规范实现系统调用
第15章Shell命令解析器及命令：经过对POSIX规范的粗浅学习和系统调用API的简单实现后，应用程序已能够在系统内核的帮助下实现一些基础操作。本章将在此基础上实现Shell命令解析器和若干基础命令，以增强操作系统的功能和使用体验。此举不仅可以有针对性地实现更多系统调用API、扩大应用程序对系统调用API的测试范围，而且还为操作系统引入交互功能，可谓一举多得。
本章主要向读者介绍如下内容
Shell命令解析器
基础命令
第16章一个彩蛋：当读者看到此处时，想必大多数人都会觉得意犹未尽，同时也盼望着尽早看完本书后能够大干一番。虽然本操作系统的主体内容已经结束，但考虑到许多初学者会在调试阶段反复反汇编system文件去查找问题，为了让异常信息便于观察和理解，本节特意为读者引入内核栈反向跟踪技术，此技术可在内核触发异常时打印出内核层的函数调用过程。
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一个64位操作系统的设计与实现（运行效果图）
由于篇幅限制在这里只给大家展示部分，完整版可获取
初级篇
第3章
第4章
第5章
高级篇
第7章
第9章
第13章
第16章
一个64位操作系统的设计与实现-源代码
以高级篇第16章为例：
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希望大家能把本文的内容认真学习到手，并且能够灵活运用到工作当中，增加自己的技术深度和广度，让自己变得更有价值！
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