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从零上手微内核操作系统

📚 共计 30 章节

微内核初探

什么是微内核？为什么需要微内核？微内核与宏内核的对比。

开发环境搭建

QEMU模拟器安装、Rust工具链配置、最小化内核项目结构。

Rust基础回顾

所有权、生命周期、裸机编程中的no_std与no_main。

编写入口汇编代码、设置栈指针、跳转到Rust入口点。

UART驱动原理、实现简单的print!宏、Hello World内核。

中断控制器(GIC)初始化、异常向量表、中断处理流程。

内存管理基础

页表原理、MMU初始化、虚拟地址映射。

物理内存管理

伙伴系统算法、分配器实现、内存碎片处理。

分配器伙伴系统

虚拟内存管理

内核页表、用户页表、缺页异常处理。

进程控制块(PCB)、进程状态机、上下文切换。

进程上下文

线程与调度

线程模型、调度器设计、时间片轮转算法。

同步与互斥

自旋锁、互斥锁、信号量、条件变量。

进程间通信(IPC)

消息传递机制、端口管理、同步与异步IPC。

系统调用接口设计、参数传递、陷入内核实现。

系统调用陷入

设备驱动框架

驱动模型、设备树解析、中断处理注册。

驱动设备树

文件系统基础

VFS层设计、块设备驱动、简单文件系统实现。

文件系统VFS

虚拟文件系统

文件操作抽象、inode与dentry、挂载机制。

用户态实现

用户态程序加载、系统调用封装、C库适配。

用户态加载

命令行解析、内置命令、管道与重定向。

网络协议栈

网络驱动、TCP/IP协议栈移植、Socket接口。

SMP启动、核间中断(IPI)、负载均衡。

CPU空闲管理、休眠唤醒、功耗优化策略。

权限管理、能力模型、安全启动链。

调试与性能分析

GDB调试内核、性能计数器、日志系统。

单元测试、集成测试、压力测试方法。

容器与虚拟化

命名空间、cgroups、轻量级虚拟化支持。

实时性优化

抢占式内核、优先级反转解决、实时调度策略。

兼容层实现

Linux系统调用兼容、POSIX接口适配。

构建完整微内核系统、应用移植、性能调优。

微内核发展趋势、Rust在系统软件中的前景、社区贡献指南。