从零写OS内核——一本书，搞懂操作系统核心

关于这本书

这是一本从零动手写操作系统内核的实践型教程。

市面上的操作系统教材，要么是厚厚的理论书，翻几页就睡着；要么是直接贴代码，读者根本不知道”为什么这样设计”。这本书不一样——每一章都是一次完整的编码工作，从最底层的硬件初始化开始，一行一行把内核搭起来。

我们最终要做成一个可以在真实 x86_64 硬件上启动的微型操作系统，支持虚拟内存、进程调度、文件系统、设备驱动，甚至自带一个简单的命令行 Shell。它不是玩具，而是一个结构完整、思路清晰的真实内核雏形。

你会学到什么

• CPU 启动与固件协议：BIOS/MBR → UEFI + GPT，理解计算机上电后发生了什么
• 分页与虚拟内存：从实模式到保护模式，构建进程隔离的地址空间
• 物理内存管理：Buddy 系统、Slab 分配器，工业级内存管理的原理与实现
• 进程与调度：上下文切换、调度算法、多核支持，让多个任务真正并发运行
• 文件系统：VFS 抽象层、ext2 实现，建立统一的文件接口
• 设备驱动框架：设备模型、devfs、字符/块设备，写驱动不再神秘
• 图形与窗口：Framebuffer、Display Server、LVGL 集成，做出带窗口的图形界面
• 网络基础：TCP/IP 协议栈入门，用 socket 拿百度首页
• 用户态工具链：自己实现 ls、cat、mkdir 等基础命令

内容结构

全书分为六卷：

第一卷：启动与基础设施（第1～6篇）
从最底层讲起：Multiboot 协议、进入保护模式、启用分页机制、构建栈和堆。你的内核将在这一卷获得”活下去”的基本能力。

第二卷：进程与内存（第7～17篇）
进程是怎么来的？fork/exec 的本质是什么？虚拟内存区域（VMA）如何管理？这一卷深入操作系统最核心的两大子系统。

第三卷：文件系统（第18～21篇）
打通 VFS 抽象层，实现 ext2 文件系统，让内核具备持久化存储能力。用户程序加载、动态链接，全部基于这套文件系统。

第四卷：图形与窗口（第22～30篇）
从Framebuffer 到 Display Server，再到 LVGL 集成，做出一个带窗口、鼠标支持的图形桌面雏形。窗口管理器、事件分发、组件布局——全亲手写。

第五卷：设备与驱动（第31～35篇）
设备模型、devfs、PCIe 驱动框架、e1000 网卡驱动。理解 Linux 设备驱动模型的设计思想，并将其应用于自己的内核。

第六卷：网络与进阶（第36～最终篇）
TCP/IP 协议栈实现、用 socket 读取 HTTP 页面、多核与并发进阶。结尾章节会把手写内核与真实 Linux 的设计做对比，帮助你建立更大的全局视野。

学习路径建议

新手路线（第1篇 → 第35篇，一路跟做）
按顺序阅读，每篇都有完整可运行的代码。建议在 QEMU + GDB 中单步调试，理解每一步的寄存器状态变化。

工程师路线（先通读理论章节，再动手补全代码）
有些章节偏原理性（内存管理、调度器），可以先快速通读设计思路，再回到具体实现对照阅读。

进阶路线（第35篇之后 + 源码对照 Linux）
结尾章节提供了大量与 Linux 内核的对照说明，适合有一定基础的同学对比学习。

预备知识

• C 语言：能读懂指针、结构体、位运算即可，无需精通模板元编程
• 计算机组成原理：初中级水平足够，知道 CPU、内存、寄存器是什么
• 命令行基础：会 gcc 编译、会 qemu 启动即可，其他全在书里手把手教

不要求你懂汇编（本书会随用随讲 x86 汇编），不要求你学过操作系统（但最好有好奇心），不要求任何”造诣”——只需要一台电脑，和一个愿意动手的决心。

代码说明

本书所有代码均为完整可运行的production-ready 代码，每一篇的代码都经过实际启动验证（QEMU + 真实硬件双验证）。每篇开头会说明本篇的代码仓库版本，结尾会给出常见坑的解决方案。

代码仓库地址：[GitHub 仓库]（书出版后补充）

一起交流

学习过程中遇到问题，欢迎在评论区留言。每篇内容都配套有对应的微信公众号文章，扫码即可参与讨论。

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写这本书的初衷很简单：让真正想理解操作系统的人，有一个可以跟着动手的真实起点。不再被”内核太难了”吓退，不再对着万亿行代码发呆。从零开始，一行一行，我们把内核写出来。