摘 要

本文通过微内核的设计思想，并参考了已经成熟的微内核系统的理论方法进行了以下内容的设计：

1. 进行了Boot引导程序、Loader程序代码的编写，实现了Boot引导程序的加载与使用，使其能跳转到Loader程序，并加载Kernel程序。
2. 对Kernel进行了设计，并实现了打印函数，在屏幕能够显示出内容及颜色。
3. 实现了中断服务程序，使系统能处理中断。并以此为基础，实现了键盘驱动，可以捕获并识别键盘输入的内容。
4. 编写了进程管理的内容，实现了进程的初始化，进程的创建以及进程调度、进程级别切换等内容。
5. 实现了微内核特有的消息传递机制，使进程间能够通过系统调用进行通信，从而达到协同工作完成系统服务需求的目的。
6. 实现了对系统的内存管理，包括内存信息的显示等，并且能通过内存分配对设计的进程进行内存分配。
7. 实现了简单的应用层使用，编写了简单的应用程序在应用层进行内存管理、进程管理模块的调用。

本文在bochs虚拟机中，设计实现了一个简易的微内核操作系统BlueOS，使其能提供一般操作系统的简单功能。该OS的特色主要为基于微内核，具有内核精简，不易崩溃等特性。

关键词：微内核；IPC；进程管理；内存管理

Abstract

In this thesis, the design of the following content is designed through the design concept of the microkernel and referring to the theoretical method of the advanced microkernel system:

1. The Boot Program and Loader program code are written, and the Boot Program is loaded and used so that it can jump to the Loader program and load the Kernel Program.
2. The Kernel Program is designed, and the printing function is implemented, which can display the content and color on the screen.
3. An interrupt service routine is implemented to enable the system to handle interrupts. And based on this, the keyboard driver is realized, which can capture and recognize the content input by the keyboard.
4. The content of process management has been written to realize the process initialization, process creation, process scheduling, process level switching and so on.
5. The unique message passing mechanism of the microkernel is realized, so that the processes can communicate through system calls, so as to achieve the purpose of cooperating to complete the system service requirements.
6. It realizes the memory management of the system, including the display of memory information, and can allocate memory to the designed process through memory allocation.
7. A simple application layer is implemented, and a simple application program is written to call memory management and process management modules in the application layer.

In this paper, through the bochs virtual machine, a simple microkernel operating system BlueOS is designed to provide simple functions of the general operating system. The main feature of this article is microkernel operation, which has the characteristics of streamlined kernel and not easy to crash.

Key Words：Microkernel；IPC；Process management；Memory management

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 宏内核 2

1.2.1 微内核 3

1.3 需求分析与开发环境 4

1.3.1 功能需求 4

1.3.2 非功能需求 5

1.3.3 可行性分析 5

1.3.4 实验开发环境搭建 5

1.4 进度安排 6

1.5 论文组织结构 6

第2章 微内核操作系统基础理论 8

2.1 微内核 8

2.2 实模式概述 9

2.2.1 实模式中断向量表 9

2.3 保护模式概述 9

2.3.1 保护模式寻址 10

2.3.2 页管理机制 11

第3章 BlueOS内核基础架构设计 13

3.1 Boot引导程序 13

3.1.1 BlueOS中Boot程序的加载 13

3.2 BlueOS的Loader加载程序 14

3.2.1 Kernel程序的查找 15

3.3 BlueOS的内核程序 16

3.3.1 BlueOS中打印函数的实现 16

3.3.2 异常/中断处理机制 17

3.3.3 键盘驱动 18

第4章 管理模块与消息机制设计与实现 20

4.1 BlueOS进程管理 20

4.1.1进程级别变换 20

4.1.2进程的创建 21

4.1.3 BlueOS进程调度设计 22

4.2 BlueOS的IPC机制 24

4.2.1 IPC设计 24

4.3 BlueOS内存管理 26

4.3.1内存信息显示 26

4.3.2内存管理进程 26

4.3.3 BlueOS中内存分配的实现 27

第5章 BlueOS功能测试 29

5.1 BlueOS内核的加载 29

5.2 内存信息的打印 29

5.4 键盘内容显示 30

5.4应用程序的使用 30

第6章 总结与展望 32

6.1 论文工作总结 32

6.2 研究的不足之处 32

6.3 展望 33

参考文献 34

致 谢 36

第1章 绪论

随着经济的快速发展以及电子设备的迅速普及，各式各样的电子产品出现在人们的日常生活之中。为每一个为人们带来生活便利的电子设备，其出色的表现与各式各样功能的实现都建立在一套完善的操作系统基础之上，正是有了如Windows、MacOs、Android等各式各样的操作系统，才能让人们快速处理和应对信息时代下快速增长的数据规模。本文将围绕如何进行一个微内核操作系统的设计与实现进行研究，并在本章接下来的篇幅中，从本文的研究原因、研究背景、研究现状以及研究的主要内容进行阐述。

1.1 研究背景