OSDev Wiki——操作系统开发入门基础（一）

本文翻译自 OSDev.org

由于译者水平有限，本文不免存在遗漏或错误之处。如有疑问，请查阅原文。

以下是译文。

目录

•1 Welcome•2 操作系统是什么？•3 内核（kernel）是什么？•4 shell 是什么？•5 GUI 是什么？

•5.1 桌面环境，窗口管理程序，组件库

•5.2 论坛 GUI 相关的帖子

•6 为什么要开发一个操作系统？•7 相关条目

•7.1 文章

Welcome

欢迎加入到操作系统开发的行列，勇敢的开拓者们！

并不是所有人都会在这个领域取得“成功”，不少人甚至连操作系统开发的入门课都未通过。

不过，这或许并不会妨碍你更进一步，开创出下一个 Linux 或 Windows ？亦或是稍低一点的目标，MenuetOS 或 CP/M ？

无论你的目标为何，操作系统开发都是程序开发的巅峰，这是毋庸置疑的。不过，你并不孤独。我们整个网站，包括网站论坛和该 Wiki，都是致力于操作系统开发的。

在这儿不仅仅是交流编程技巧，更是交流感情和友谊的地方。相信在学习过程中，你一定能与网络另一端的建立良好的友谊。

在操作系统开发中，想要取得“成功”，你该怎么做呢？

首先，你应该阅读一下 Getting Started 这篇文字。如果你打算使用 C/C++ 作为你的开发语言，那么你需要构建 GCC Cross-Compiler。

而如果你偏爱其他语言，那么你同样得准备类似的工具（例如，编译器）。这一切都得你自己付出精力。但是，用你喜欢的语言可能给你的工作带来不少激励和兴奋。

祝你好运！

操作系统是什么？

操作系统是一套软件，控制对计算机系统的操作和资源。其主要功能包括：

•管理内存及其他系统资源。•实施安全管控和访问控制策略。•调度和多进程与多线程。•启动及关闭用户程序，同时为这些用户程序提供基本的系统服务。•提供基本的用户接口和应用程序编程接口。

并不是所有的操作系统都提供所有这些功能。像 MS-DOS 这样的单用户系统并没有进程调度功能，而像 eCOS 这样的嵌入式系统则可能没有用户界面。 然而，操作系统不是：

•计算机硬件。•一个具体的应用程序如，字处理程序，Web 浏览器或游戏。•一套工具（如在许多类 Unix 系统中广泛使用的 GUN tools）。•一套开发环境（尽管有些系统，比如 UCSD Pascal 、Smalltalk-80自带有解释器和 IDE ）。•一套图形用户界面（不少现代操作系统都集成有 GUI 界面）。

尽管大多数的操作系统在分发的时候都自带有这样或是那样的工具，可这些工具本身并非是 OS 的必需组件。

一些操作系统如 Linux，通常被封装成不同的封包形式发布， 不同的封包往往封装有不同的工具套件和应用程序，在软件组织方式也存在差异，这些不同的封装的系统，一般称为发行版（distributions）。

尽管如此，这些不同的发行版只是基于基本 OS 封装有各自的工具套件而已，不应该被认为是不同类型的操作系统。

内核（kernel）是什么？

操作系统内核是操作系统中用户永远无法看见的部分。 内核的基本功能是保证其他程序能正常执行。它负责处理硬件产生的事件（称为中断）、软件产生的事件（系统调用）以及管理资源的访问。

系统中断硬件事件处理程序（中断处理程序），举例来说，就是记录你按下的按键，并将它转换成相应的字符存储在缓冲区中，以便某些程序索取这些数据。

而系统调用则是由用户级程序发起的，比如说打开文件，启动其他程序的过程等等，都是在调用系统调用。每一个系统调用处理程序都会检查用户程序传递的参数是否合法，然后才进入系统内部，响应用户程序请求。

大多数用户程序（除了汇编程序）并不直接调用系统调用，而是使用标准库，这些库通常处理参数格式化和生成系统调用的任务（例如，C 函数 fopen() 最终是调用内核函数打开文件）。

另外，内核通常定义有一些抽象概念，比如文件，进程，套接字，目录等等。这些抽象概念用于记录了上个会话的系统内部状态，所以程序可以更加有效地处理新的操作会话。

shell 是什么？

shell是一个提供人机交互接口的特殊程序，通常集成到系统发行版中。从用户角度来看，shell 往往因系统而异，在不同的系统上体现形式也不一样（如：cmd 形式的命令行，文件资源管理器等等）；

不过，其主要功能不外乎以下几点：

•允许用户选择一个程序启动，同时可以选择性地传递某些具体会话参数。•允许对本地存储器进行一些琐碎的操作，像列出目录下的内容，跨系统文件剪切和拷贝。

为了完成这些操作，shell 需要调用若干的系统调用，比如，“打开文件 x ；打开文件 y，如果不存在就新建一个；读取 X 的内容，写入 Y 中，然后关闭 X、Y这两个文件，给标准输出返回“操作完成”信号 ”。

此外，shell 还可以被应用程序用来调用其他程序，靠其他程序来完成自身无法完成的工作（例如，生成“*.mp3”，取得某个程序的确切路径等等）。

现代 shell 还具有不少其他额外的功能特性，

举例如下：

•自动补全：按 TAB 键（或其他补全功能键），用户输入的字符会自动补全为有效的 shell 命令，文件名，目录或其他内容。连续多次敲击自动补全键，可列出当前所有可能的命令选项。•字符插入：用户可以通过方向键在 shell 中移动光标位置。当光标位于一行命令中间时，此时便可将新的命令“插入”其中。•shell 命令历史：通过 方向键 键和 键，用户可以翻看之前输入的命令行。•屏幕滚动：当输出内容超过控制台的行高时， shell 可以把输出存入缓冲区中，以便用户上下翻页。•脚本支持：一些 shell 具有订制的脚本语言，如 bash，DOS 的批处理。•......

GUI 是什么？

Graphical User Interface (GUI,图形用户界面)，是操作系统最具可视化的部分。其扮演的角色已然超出了一个简单图形绘制库的范围。GUI 的主要功能包括：

•捕获用户输入事件（键盘，鼠标等等）并将这些事件派遣给恰当的处理对象。•更新内部关于哪些内容需要显示，显示在哪个位置，屏幕哪个部分需要刷新显示的信息。•更新屏幕的当前显示内容，刷新绘制必要的部分。•以自然、直观的方式，响应用户。

桌面环境，窗口管理程序，组件库 当你在 KDE 或 Windows 打开新的会话，那么这便是一个桌面环境。 系统中负责组织众多运行程序窗口，窗口缩放/关闭，窗口边界，滚动条等等的，是窗口管理器。

最后，还需要有子系统负责绘制这些窗口元素，渲染屏幕显示的文档等等，这便是我们常说的 组件库。

不过，一些声明式语言（例如，Mozilla 的 XUL ,Qt 的 QML）也可实现类似的功能。

论坛 GUI 相关的帖子

•Will you implement a GUI?•GUI design•Handling input events in GUI

为什么要开发一个操作系统？

人们选择开发一个 OS 的原因各异，但是，对于绝大多数开发者来说，可能有这几条是共同的：

•获得对机器完全地控制。

当在开发应用程序或其他用户级程序时，开发者需要考虑其他人写的代码，如操作系统，各种库，其他程序等等。写操作系统能让人感到对机器的强有力控制。

•研究。 有相当一部分操作系统项目是家庭作业和研究项目。

想要在一年的期限内完成一个操作系统的作业，实在不是一个很好的想法，毕竟时间太紧张。而研究项目往往是为了改进、提高现有的操作系统。新手们经常犯的错误，往往是严重低估了从头写一个系统所需的时间。

•为了替代现在使用的系统。

或许是因为现有的系统无法满足开发者的某些特定需求，或许是因为这些系统令人生厌（Linux 太过庞大，Windows 不够稳定）。这可能是为了盈利目的，尽管这个周期将会十分漫长。

•因为开发操作系统是一个有趣的过程。

低级（语言）编程开发是一个充满趣味和刺激的任务，所有的一切都需要你自己处理。

这似乎很困难，然而，正是因此而更加有趣。你可以知道所有这些是如何运作的，所有你程序内部的工作。

很可惜的是，不少操作系统项目都是不合理的条件下启动的。

参见 Beginner Mistakes 列表。

相关条目

文章

•Required Knowledge•Beginner Mistakes

References

[1] OSDev.org: https://wiki.osdev.org/Main_Page
[2] 原文: https://wiki.osdev.org/Introduction
[3] 1 Welcome: #1
[4] 2 操作系统是什么？: #2
[5] 3 内核（kernel）是什么？: #3
[6] 4 shell 是什么？: #4
[7] 5 GUI 是什么？: #5
[8] 5.1 桌面环境，窗口管理程序，组件库: #5.1
[9] 5.2 论坛 GUI 相关的帖子: #5.2
[10] 6 为什么要开发一个操作系统？: #6
[11] 7 相关条目: #7
[12] 7.1 文章: #7.1
[13] 网站论坛: http://forum.osdev.org/
[14]  Getting Started: https://wiki.osdev.org/Getting_Started
[15]  GCC Cross-Compiler: https://wiki.osdev.org/GCC_Cross-Compiler
[16] Will you implement a GUI?: http://forum.osdev.org/viewtopic.php?t=8783
[17] GUI design: http://forum.osdev.org/viewtopic.php?t=9432
[18] Handling input events in GUI: http://forum.osdev.org/viewtopic.php?t=9448
[19] Beginner Mistakes: https://wiki.osdev.org/Beginner_Mistakes
[20] Required Knowledge: https://wiki.osdev.org/Required_Knowledge
[21] Beginner Mistakes: https://wiki.osdev.org/Beginner_Mistakes