从零开始，亲手构建一个操作系统
10分钟带你上手 Jeeos
# 开发系统环境 Ubuntu 22.04
# 下载源码
git clone https://github.com/hsujee/jeeos.git
# 检查必要工具是否已安装
which nasm gcc make qemu-system-i386
# 如果缺少工具，快速安装
sudo apt update
sudo apt install -y nasm gcc gcc-multilib make qemu-system-x86# 进入项目目录
cd /home/jee/projects/jeeos/Jeeos-0.12
# 清理并编译
make clean
make build
# 等待编译完成，你会看到：
# [BUILD] Kernel image created: build/jeeos.eki编译时间：约30秒-1分钟（取决于机器性能）
# 启动QEMU虚拟机
make qemurun
# 你将看到：
# ========================================
# Jeeos-0.12 Starting...
# ========================================
# [ARCH] Platform initializing...
# ...
# Press any key to enter shell...按任意键进入Shell！
jeeos> help
Available commands:
help - Show this help message
clear - Clear screen
time - Show current time
uptime - Show system uptime
mem - Show memory information
ps - Show process list
echo - Echo arguments
version - Show version
reboot - Reboot system
jeeos> version
Jeeos 0.12 (Jee Hsu)
A simple educational operating system
Copyright (c) 2025 Jee Hsu
jeeos> ps
Process List:
PID STATE NAME
--- ------- --------
0 RUN idle
1 SLEEP init
2 RUN shell
jeeos> mem
Memory Information:
Total Memory: 128 MB
Free Pages: 30245
Used Pages: 2523
按 Ctrl+A 然后按 X，或使用 reboot 命令。
make build # 清理并完整编译内核
# = make clean + make all
make install # 编译并安装到 build/release/ 目录
# 包括：内核、资源文件、工具
make clean # 清理所有编译生成的文件说明：
build是最常用的命令，确保完全重新编译install会自动调用build，然后打包所有文件clean会删除所有 .o、.bin、.elf 等中间文件
make qemurun # 使用 QEMU 运行系统
# = make install + 创建虚拟硬盘 + 打包镜像 + 启动QEMU
# 串口自动输出到终端
make qemudebug # QEMU 调试模式
# 启动后暂停，等待 GDB 连接到端口 1234
make vboxrun # 使用 VirtualBox 运行系统说明：
qemurun是最常用的测试命令，一键完成所有步骤qemudebug用于源码级调试，需配合 GDB 使用- 串口日志默认输出到启动 QEMU 的终端
make gdb # 显示 GDB 连接命令参考
# 输出：如何手动连接 GDB 的步骤
make gdbrun # 启动 GDB 调试脚本
# 自动连接到 localhost:1234
# 自动加载 build/jeeos.elf 符号文件典型调试流程：
# 终端1：启动 QEMU 调试模式
make qemudebug
# 终端2：连接 GDB
make gdbrun
# 在 GDB 中：
(gdb) break start_kernel
(gdb) continue
(gdb) next
(gdb) print variable忘记 GDB 命令？
make gdb
# 输出：
# ========================================
# GDB 调试命令参考
# ========================================
# gdb
# (gdb) target remote :1234
# (gdb) file build/jeeos.elf
# (gdb) break start_kernel
# (gdb) continue
# ========================================make cscope # 生成 cscope 索引文件
# 用于代码搜索和浏览
make tags # 生成 ctags 索引文件
# 用于代码跳转（Ctrl+]）
make cg # 生成函数调用图
make callgraph # （同上）
# 输出：linux-0.11.jpgcscope 使用（在 vim 中）：
:cs find s symbol " 查找符号
:cs find g symbol " 查找定义
:cs find c symbol " 查找调用这个函数的函数
:cs find d symbol " 查找这个函数调用的函数ctags 使用（在 vim 中）：
Ctrl+] " 跳转到定义
Ctrl+T " 返回
:tag function_name " 跳转到指定函数make help # 显示所有可用命令及说明场景1：首次开发
# 1. 生成代码索引（方便导航）
make cscope
make tags
# 2. 编译
make build
# 3. 运行测试
make qemurun场景2：修改代码后测试
# 快速迭代
make build && make qemurun场景3：调试问题
# 方式1：查看串口日志
make qemurun
# 观察终端的串口输出
# 方式2：GDB 调试
make qemudebug # 终端1
make gdbrun # 终端2场景4：查看函数调用关系
# 生成调用图
make cg
# 查看生成的 linux-0.11.jpg
xdg-open linux-0.11.jpg # Linux
open linux-0.11.jpg # macOS场景5：完全重新编译
# build 已经包含了 clean
make build
# 如果想手动清理
make clean
make buildQ: make build 失败
# 检查编译工具
which gcc nasm ld make
# 查看错误信息
make build 2>&1 | tee build.logQ: make qemurun 无法启动
# 确认 QEMU 已安装
which qemu-system-i386
# 检查镜像文件
ls -lh build/release/jeeos.ekiQ: GDB 无法连接
# 1. 确认 qemudebug 正在运行
ps aux | grep qemu
# 2. 检查端口
netstat -an | grep 1234
# 3. 查看帮助
make gdb
# 4. 手动连接
gdb build/jeeos.elf
(gdb) target remote :1234Q: 编译时提示 gcc: error: unrecognized command line option '-m32'
sudo apt install gcc-multilibQ: 按键后没有进入Shell
# 检查串口日志
make qemurun
# 查找是否有 "KEYBOARD" 驱动加载成功的日志graph LR
A[序章] --> B[计算机基础]
B --> C[编译工具]
C --> D[引导程序]
D --> E[系统初始化]
E --> F[中断处理]
F --> G[内存管理]
G --> H[CPU调度]
H --> I[设备管理]
I --> J[驱动程序]
J --> K[系统服务]
K --> L[用户空间库]
style A fill:#FFD700
style L fill:#32CD32
graph TD
A[应用层 Init Shell]
B[库层 libs]
C[系统调用层 system]
D[内核层 kernel]
E[驱动层 drivers]
F[HAL层 arch/x86/kernel]
G[引导层 arch/x86/boot]
H[硬件层]
A --> B
B --> C
C --> D
D --> E
E --> F
F --> G
G --> H
style A fill:#E8F4F8,stroke:#4169E1,stroke-width:3px
style B fill:#FFF8DC,stroke:#DAA520,stroke-width:3px
style C fill:#FFE4E1,stroke:#FF6347,stroke-width:3px
style D fill:#E0FFE0,stroke:#32CD32,stroke-width:3px
style E fill:#F0E6FF,stroke:#9370DB,stroke-width:3px
style F fill:#FFE4B5,stroke:#FF8C00,stroke-width:3px
style G fill:#F0F0F0,stroke:#696969,stroke-width:3px
style H fill:#2F4F4F,color:#fff,stroke:#000,stroke-width:3px
分层架构详解（从上到下）：
| 层级 | 目录/文件 | 核心组件 | 功能说明 |
|---|---|---|---|
| 应用层 | kernel/ |
Init(PID=1), Shell(PID=2) | 内核态线程，提供用户交互 |
| 库层 | libs/ |
libmem, libio, printf, string | 通用库函数，类似 libc |
| 系统调用层 | system/ |
syshandler, sysopen, sysfork | 系统调用接口实现 |
| 内核层 | kernel/ |
mm(内存), thread(进程), sched(调度), device(设备) | 核心功能模块 |
| 驱动层 | drivers/ |
timer, serial, keyboard, rtc, speaker, ramfs | 8个设备驱动程序 |
| HAL层 | arch/x86/kernel/ |
idt(中断), mmu, cpu_ops, platform | 硬件抽象层 |
| 引导层 | arch/x86/boot/ |
bootsect.asm, setup.asm, bootparam.asm | 系统启动引导 |
| 硬件层 | - | CPU, 内存, 外设 | 物理硬件 |
重要：Jeeos-0.12 的 Init 和 Shell 是内核态线程(Ring0)，不是用户空间程序(Ring3)。
| 文档章节 | 对应源码目录 |
|---|---|
| 引导程序 | arch/x86/boot/ |
| HAL 层 | arch/x86/kernel/ |
| 内核核心 | kernel/ |
| 设备驱动 | drivers/ |
| 系统调用 | system/ |
| 用户库 | libs/ |
| 版本 | 说明 |
|---|---|
| Jeeos-0.01 | 入门级内核，仅 VGA 输出 |
| Jeeos-0.11 | 中级框架，完整 HAL + 内存管理 |
| Jeeos-0.12 | 完整版，包含驱动、Shell 和用户空间 |
- 所有文档使用 Markdown 格式
- 架构图使用 Mermaid 语法
- 代码示例基于 Jeeos-0.12 源码
- 欢迎提出改进建议
参考资料：
- 《操作系统设计与实现》—— Tanenbaum
- 《深入理解计算机系统》
- 《Linux 内核设计与实现》
- Intel 软件开发手册
祝学习愉快！