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小型微內核操作系統內核模型設計與實現

發布時間:2015-11-30 10:39

摘 要: 微內核操作系統模型為操作系統教學提供了基本功能和應用需求, 同時也是學習操作系統模型的基礎。為實現微內核模型特設計了一個運行在VMWARE虛擬機上的微內核結構的小型操作系統模型,簡單描述了鍵盤輸入模塊、屏幕顯示模塊、中斷模塊和TTY控制模塊等的設計與實現。本系統模型的設計與實現將有利于從微觀上觀察操作系統的行為特征, 更好地學習、理解和實踐微內核機制。

關鍵詞:VMWARE; 微內核; 模型; GNU; AT&T
  1、引言
  微內核操作系統的開發是基于LINUX系統平臺的,而不是基礎window平臺的,具體原因就設計到LINUX作為操作系統相對于其它操作系統的優點和特點,比如多任務、多平臺、開源、GNU軟件的支持、費用低等。基于種種優點,使得LINUX方面的技術發展非常迅速,也更全面,由于它是開源的,我們可以免費在網上下載到最新的和需要的版本軟件,同時也可以把自己的成果在網上發布,供大家分享,出現什么問題或者有什么好的建議,我們還可以交流,就是在這樣的趨勢下,LINUX朝著更好的方向發展,我們的個人能力也在不斷的提高。
  2、需求分析
  小型微內核操作系統模型的設計與實現主要是為了LINUX內核編程方面的愛好者提供了一個學習和交流的設計模型。在這個模型上,我們可以看到內核平臺模型的模塊結構,應用的語法等。微內核操作系統模型提供的模塊包括操作系統引導模塊、屏幕顯示控制模塊、鍵盤輸入模塊、TTY控制模塊、中斷與陷阱模塊。
  2.1 操作系統引導模塊
  我們知道僅僅是寫一個啟動扇區并將其放入軟盤鏡像的合適位置。由于啟動扇區 512 字節的大小限制,我們僅僅能寫入像打印一個字符串這樣的非常簡單的程序,這也太小了,很顯然的是我們要利用其它的扇區,將程序保存在其它扇區,運行前將其加載到內存后再跳轉過去執行。要把程序存儲到軟盤上,可能最直接最容易理解的存儲方式就是順序存儲,可能這樣需要的工作量最小,在啟動時操作系統僅僅需要序列地將可執行代碼拷貝到內存中來繼續運行。可是經過簡單的思考我就可以發現這樣做有幾個缺陷:1. 軟盤中僅能存儲操作系統程序,無法存儲其它內容;2. 我們必須使用二進制拷貝方式來制作軟盤鏡像,修改系統麻煩。
  引入文件系統可以讓我們在一張軟盤上存儲不同的文件,并提供文件管理功能,可以讓我們避免上述的兩個缺點。在使用某種文件系統對軟盤格式化之后,我們可以像普通軟盤一樣使用它來存儲多個文件和目錄,為了使用軟盤上的文件,我給啟動扇區的代碼加上尋找文件和加載執行文件功能,讓啟動扇區將系統控制權轉移給軟盤上的某個文件,這樣突破啟動扇區 512 字節大小的限制。
  有了FAT12文件系統的相關知識之后,我們就可以跨越512字節的限制,就可以從文件系統總加載文件并執行了。
  2.2 鍵盤輸入模塊
  鍵盤輸入模塊:主要就是實現操作系統的鍵盤輸入功能。
  敲擊鍵盤有兩個方面的含義:動作和內容。動作可以分解成三類:按下、保持按住的狀態以及放開;內容則是鍵盤上不同的鍵,字母鍵還是數字鍵,回車鍵還是箭頭鍵。所以根據敲擊動作產生的編碼,8048既要反映“哪個”按鍵產生了動作,還要反映產生了“什么”動作。
  敲擊鍵盤產生的編碼被稱為掃描碼(Scan Code),它分為Make Code 和Break Code兩類。當一個鍵被按下或者保持住按下的狀態時,就會產生Make Code,當鍵彈起時,產生Break Code。出了Pause鍵之外,每一個按鍵都對應一個Make Code和一個Break Code。
  對于輸入和輸出緩沖區,可以通過in和out指令來進行相應的讀取操作。也就是一個in al,0x60指令就可以讀取掃描碼,我們還要建立一個緩沖區,用來放置中斷程序收到的掃描碼。
  typedef struct s_kb {
   char* p_head;  /* 指向緩沖區中下一個空閑位置 */
   char* p_tail;  /* 指向鍵盤任務應處理的字節 */
   int count;  /* 緩沖區中共有多少字節 */
   char buf《自己動手寫操作系統》于淵 編著電子工業出版社,2005

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