编写最小操作系统与保护模式详解

《Orange'S：一个操作系统的实现》是一本深入浅出地介绍操作系统实现原理的书籍，它以实践操作的方式帮助读者理解程序运行的本质，尤其是如何通过CPU执行指令来构建和管理计算机系统。本书主要围绕操作系统的核心概念，如指令执行、CPU与内存管理、保护模式（ProtectMode）以及中断处理等展开。 首先，作者从零开始指导读者编写一个最小的"操作系统"，包括准备阶段、创建引导扇区和简单的代码实现，让读者亲身体验操作系统的基础构建。章节中提到的引导扇区是操作系统启动过程中的关键部分，负责加载操作系统至内存并初始化硬件。 接下来，作者介绍了两个常用的模拟器工具——Bochs和QEMU，这些工具在开发和测试操作系统时起着至关重要的作用，能够提供虚拟环境以便于测试不同的平台兼容性。书中还比较了Windows和*nix平台的开发环境，强调了跨平台开发的理解和选择。 保护模式是操作系统安全性和效率提升的重要环节。章节详细讲解了保护模式的运行环境、全局描述符表（GDT）和局部描述符表（LDT），以及特权级的概念和转移。页式存储机制的介绍让读者了解到内存管理的精细控制，包括页面映射、页目录表（PDE）和页表项（PTE）的使用，以及CR3寄存器的作用。 中断和异常处理是操作系统对硬件事件响应的关键，书中介绍了8259A中断控制器的编程操作，以及中断向量表（IDT）的建立和中断处理函数的实现。保护模式下的输入输出(I/O)管理也是重点，包括IOPL权限设置和I/O许可位图的应用。 为了突破早期操作系统（如DOS）的限制，如512字节的内存限制，作者介绍了FAT12文件系统和如何设计一个简单的加载器，以及如何将加载器加载到内存中并传递控制权。整个过程中，作者始终强调代码的实际编写和调试，让理论知识与实践相结合。 《Orange'S：一个操作系统的实现》通过实例驱动的学习方式，逐步引导读者从基础指令执行到高级保护模式的实现，深入理解操作系统的工作原理，是学习和研究操作系统实现不可多得的参考资料。