Solrex Shuffling

免费电子书《使用开源软件-自己动手写操作系统》的主页在：http://share.solrex.cn/WriteOS/ ，您可以到这里下载 pdf 格式电子书和随书源代码。

2008 年 2 月 21 日发布第一版，拖了十个月我才发布了第二版。虽然有一些懒惰的原因在里面，但更重要的原因是没有很多可以大块利用的时间。从开始动手，才知道写书是一件非常痛苦的工作，尤其是有代码的书。再加上本书目前的主要代码都是汇编语言，一旦出错就要花好长时间调试，代码运行正确了，要在不同的 Linux 进行编译以确保能正确通过，又要加注释、除去冗余指令，代码的工作结束就要接着关注排版、查资料、填补内容、做插图，总之写一天书下来我累得精神都会振奋不起来。

本来打算十月底就发布第二版，但是因为研究工作稍微耽误了一下，就又拖到了十一月底，总之我还是完成了这一章。这一版虽然只增加了第三章，但页码却从 40 页增加到了 104 页，示例代码也从 2 个增加到 10 个，与第一版的工作量不可同日而语。由于这一版的发布周期过长，我在按版本发布的基础上增加了每周发布，也因此在编写过程中得到了不少帮助。

这本书从计划开始就得到很多朋友的肯定，在编写的过程中也得到了很多朋友的帮助。不计刚发布第一版时几乎每天一千次的下载量，从 2008 年 5 月 9 号把所有源代码迁移到 Google Code 项目后，加上每周发布，就有共计两万一千多次下载。我非常感谢大家对我一如既往的支持，感谢那些在我的博客评论或者发电子邮件给我打气的朋友，尤其感谢那些在邮件中或者错误报告页中指出本书错误或者提供很好建议的朋友！

我尤为高兴的是听一位朋友说北京邮电大学某位教授操作系统课程的老师向同学推荐这本电子书，这正与我写这本书的初衷相合，就像我在前言中所说：

本书的最终目标是成为一本大学“计算机操作系统”课程的参考工具书，为学生提供一个step by step 的引导去实现一个操作系统。这不是一个容易实现的目标，因为我本人现在并不自信有那个实力了解操作系统的方方面面。但是我想，立志百里行九十总好过于踯躅不前。

我将继续努力将这本书写下去，也希望大家能够继续对这本书保持关注，并帮助我完善此书。下面是本书这次发布的章节信息，如果您发现本书中的错误（那是不可避免的），或者有更好的建议，请您一定到本书的错误报告页指出，兄弟我将非常感谢！

第三章进入保护模式
3.1 实模式和保护模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.1.1 一段历史. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.2 实模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.3 保护模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.4 实模式和保护模式的寻址模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2 与保护模式初次会面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.1 GDT 数据结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.2 保护模式下的demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.2.3 加载GDT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.4 进入保护模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.5 特别的混合跳转指令. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2.6 生成镜像并测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3 段式存储. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3.1 LDT 数据结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.2 段描述符属性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.3 使用LDT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3.4 生成镜像并测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3.5 段式存储总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.4 特权级. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.4.1 不合法的访问请求示例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.4.2 控制权转移的特权级检查. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.4.3 使用调用门转移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.4.4 栈切换和TSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.5 页式存储. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.5.1 分页机制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.5.2 启动分页机制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.5.3 修正内存映射的错误. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.5.4 体验虚拟内存. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.6 结语. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

连着忙了几天，今天闲话几句。

关于微软正版验证

我家希希说：“我要被黑屏了，怎么办呀？我要学 Linux！”

我说：“没关系，你把自动更新服务关掉就行了。”

我家希希说：“我还是想学 Linux！”

微软准备在 2008 年 10 月 20 日对中国用户启动的 WGA 计划这几天被吵得沸沸扬扬，搞得几乎人人自危，生怕被黑屏了。本人的评论如下：

• 对此措施，我持欢迎态度。这件事起码给中国的盗版用户提了个醒：软件是有知识产权的！用盗版的操作系统很开心，用盗版的应用软件也很开心，到最后是中国整个落后的软件产业不开心，软件民工们也不开心。

• 对于效果，我持保留态度。我相信中国盗版产业中广大劳动人民的智慧！

• 对于影响，我持乐观态度。这是一个 Linux 和免费软件的机遇。此次 WGA 计划一出，势必会督促那些已经有学习其它操作系统愿望的用户真正动起手来，也会使那些使惯了盗版 Office 的人考虑一下免费的优秀国产软件 WPS Office，进而认识到许多优秀的免费软件并不比收费软件差。

最后友情提醒一下，WPS Office 2007 目前已更新到支持 M$ Office 2007 文件格式（ .docx, .xlsx, .pptx ），永中也于本月 13 号推出了免费的永中 Office 2009 个人版，支持 Windows 和 Linux 平台；免费的国产软件 Foxmail 和"进口软件" Thunderbird 都可以替代 Outlook ； Ubuntu 8.10 Linux 操作系统还有 14 天就发布了。

关于看论文

最近被老师逼着快速浏览了大量论文，发现自己以前看论文的效率还是太低。眼高手低的毛病总是改不了，做研究还是要潜心进去。

关于看书

每天睡前逼着自己看一会儿书效率挺高的。豆瓣上我在读的书已经超过二十本了，平日很难分出大块时间看，目前已经利用睡前十分钟解决了两本。躺床上用台灯看书的感觉蛮惬意的，置身于黑暗中的一小片光明，仿佛又回到了中学时代。当然这也得益于现在宿舍的环境布置，床头就是写字桌，要是像以前在中关村时住上铺的话，势必就会影响室友的睡眠了。

关于 writeos

九月份更新了两次，十一假期无暇写字，第三章到现在还没写完，我希望十月底能完成发布第二个版本。上个星期一个墨西哥的小伙子加我 Gtalk，问这本书的问题，开始我还以为是华裔，后来知道人家根本不懂中文，没办法只好推荐他去看代码注释。也许等我再完成两章之后，会和某些朋友合作开始将它翻译成英文。

受到某同学的提醒，今天我把我的两个小项目中科院IP网关登录客户端和《使用开源软件-自己动手写操作系统》源代码转移到了 Google Code 上。

CAS NET 本身就是遵从 GPL 协议的，所以我就将所有内容都转移到了 Google Code，原有的官方主页也设置了301永久重定向到 Google Code 页。

《使用开源软件-自己动手写操作系统》的电子书内容是遵从的 CC 协议，所以并没有将电子书的 TeX 源码放到 Google Code 上，只是将书中示例程序的源代码放了上去。原有的官方主页还保留，主要用做发布所有源码（TeX+Demo）用。虽然最近比较忙，第三章还是写了一部分，大概月底能发布第三章吧（不敢保证，因为期末考快到了！）。不像博客，写书总得需要大块的时间，而我能挤出来的时间确实不多。唉，我也想早点儿把它完成。

最近在申请两个公司的暑期实习生，微软和IBM。个人比较喜欢 IBM CRL 那个 Security 的职位，只是，现在由不得咱们挑啊！

短暂的荣光

——对 免费电子书《使用开源软件-自己动手写操作系统》 的一点点说明

我前几日发布了免费电子书《使用开源软件-自己动手写操作系统》，本以为只是在和我相关的一些圈子，主要是南京大学和南京大学毕业的 Linux 爱好者中得到传播。虽然我预计到了它会慢慢的扩散开来，但是从没有想过它在发布之初就产生了这么大的影响，我的个人主页和博客的点击量在这几日都迅速上升到日近千次访问。

从统计结果来看，Jserv、solidot 和 LinuxGem 对此消息的分享功不可没。特别是对岸的 Jserv，繁体发布页的一千多次访问几乎都是他带来的（其实这也是我准备繁体发布页的原因，只可惜暂时没有精力发布繁体电子书）。在这里我对他们的无私帮助表示感谢。

再来说说这本电子书，其实我是将其当作对《自己动手写操作系统》一书的读书报告和扩展来写的。之所以将其发布出来，是想让更多人得益于我的共享，从零开始去理解一个操作系统，因为很多讲操作系统的书不会讲这些体验，了解了这些就能得到更完整的体验。

有很多人诟病本书的英文名“Write OS with Free Software”从语法上来讲有错误。我不得不承认我没有认真考虑这个名字，只是随手写了上去，所以可能下次发布的时候本书英文名会更改为“Write Your Own OS with Free and Open Source Software”，不知道各位可有更好提议？

我不敢说自己写这本书就是大公无私，回报开源社区，没有一点私心。私心是有的，不过只是为了出一点小名。现在的杨文博仅仅是无名小卒一个，有一些小小名气之后，于找工作交朋友都有益处。我花费了不少的气力在这本书上面，除了一点点名气并没有要求其它的什么，所以我欢迎中肯的批评和建议，而不是对本书毛病的横加指责。谁不想得到别人对自己工作的尊重呢？

我仍是研究生一年级学生，上个学期周五和周末都会去一间公司兼职来赚点生活费。因为作息和饮食一直不够规律引发了身体的一些零件出现问题，所以这个学期辞去了兼职工作专心学习。我有我的正常生活，网络仅仅是我生活的一小部分，这些小小名气也不能解决我的吃饭问题。我不保证电子书的更新发布速率会满足某些读者的要求，所以我只能说我尽力，非常感谢你们能喜欢这本书，很抱歉但请不要在这一点上指责我。

最后更新时间：2008年02月21日19点08分

免费电子书《使用开源软件-自己动手写操作系统》的官方主页为：http://share.solrex.cn/WriteOS/ ，您可以到这里下载 pdf 格式电子书和随书源代码。

我叨叨了一个多月的这本书总算能发布第一个版本了，娘啊，费了老鼻子劲了。好多工作要花费在排版上，因为希望整得效果好点儿嘛！而且写了才知道，把自己知道的东西清楚地表述出来真不是件容易的事儿。啥也不说了，看图，还有目录。

写在前面的话i
序言vii
第一章计算机启动1
1.1 计算机启动过程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 磁盘抽象物理结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 硬盘. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 软盘. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 启动扇区. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 使用虚拟机. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.1 VirtualBox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.2 Bochs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4 使用软盘镜像. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.1 制作软盘镜像. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.2 用软盘镜像启动虚拟机. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
第二章最小的“操作系统” 19
2.1 Hello OS world! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.1 Intel 汇编转化为AT&T(GAS) 汇编. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.2 用连接脚本控制地址空间. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.3 用Makeˉle 编译连接. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.4 用虚拟机加载执行boot.img . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2 FAT 文件系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.1 FAT12 文件系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.2 启动扇区与BPB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.3 FAT12 数据结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.4 FAT12 根目录结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3 让启动扇区加载引导文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.1 一个最简单的loader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.2 读取软盘扇区的BIOS 13h 号中断. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.3 搜索loader.bin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.4 加载loader 入内存. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3.5 向loader 转交控制权. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.6 生成镜像并测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4 本章全部源代码. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40