从零理解操作系统内核 / Learn OS Internals from Zero
🔥 全网最完整的 Linux 内核原理学习项目 | 配套 46+ 篇公众号深度图文 | 221 个可运行 Demo
--- ## 这是什么项目？ **OS Kernel From Scratch** 是一个操作系统内核与 Linux 内核原理的学习项目，包含两大部分： | 分支 | 内容 | |------|------| | **wandos** | 真实可运行的 x86 OS 内核（C++ 实现），从零实现引导、分页、调度、文件系统 | | **Linux 内核原理** | 221 个独立 Demo，覆盖内存管理、进程调度、文件系统、网络、容器、安全等核心子系统 | > 📺 [公众号系列：从零写OS内核](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzAxMjQwMjA5NQ==&action=getalbum&album_id=4239918263758864395) · 46 篇深度图文持续更新 --- ## 学习路线图 ``` 第一阶段：内核基础（已完结） ────────────────────────────────────────────────── 引导 → 保护模式 → 分页 → GDT/LDT/IDT/TSS → 汇编基础 └── wandos 内核：实现最小可运行系统 第二阶段：内核基础设施 ⭐ 强烈推荐入门 ────────────────────────────────────────────────── vDSO · SMP多核 · MESI缓存一致性 · TSO内存顺序 page frame · kmalloc · slab/slab allocator └── 理解CPU和内存的真实工作方式 第三阶段：文件系统（已完结） ────────────────────────────────────────────────── ext4日志 · inode · dentry · page cache · writeback VFS虚拟层 · bio块IO · 电梯调度(CFQ/noop/deadline) · raid · LVM └── 理解Linux存储子系统的全貌 第四阶段：网络（更新中） ────────────────────────────────────────────────── netfilter · iptables · conntrack · route socket套接字 · TCP三次握手/四次挥手 · UDP neigh ARP · TCP拥塞控制 └── 理解数据包在内核里的完整旅程 第五阶段：进程与调度 ────────────────────────────────────────────────── task_struct · CFS完全公平调度 · RT实时调度 idle · loadavg · nice优先级 · coredump └── 理解进程管理和CPU调度的本质 第六阶段：内存管理 ────────────────────────────────────────────────── zram/zswap压缩swap · hugepage/THP大页 · KSM去重 memcg · oom score · vm pressure · memblock · CMA └── 理解Linux如何管理每一字节内存 第七阶段：安全与隔离 ────────────────────────────────────────────────── capabilities · apparmor · landlock · seccomp smap/smep · kaslr · shadow stack · cet · spec_ctrl └── 理解现代Linux安全防护机制 ``` --- ## Demo 目录结构 ``` demos/ ├── 基础设施 │ ├── vDSO/ │ ├── SMP/ │ ├── MESI/ │ ├── TSO/ │ ├── page-frame/ │ ├── kmalloc/ │ ├── slab-allocator/ │ └── memory_barrier/ ├── 文件系统 │ ├── ext4/ │ ├── inode/ │ ├── dentry/ │ ├── page-cache/ │ ├── writeback/ │ ├── VFS/ │ ├── bio/ │ ├── iosched/ │ ├── raid/ │ └── LVM/ ├── 网络 │ ├── netfilter/ │ ├── iptables/ │ ├── conntrack/ │ ├── route/ │ ├── neigh/ │ ├── socket/ │ ├── tcpip/ │ └── udp/ ├── 进程与调度 │ ├── cfs-scheduler/ │ ├── clone/ │ ├── fork/ │ ├── signal/ │ ├── coredump/ │ └── prctl/ ├── 内存管理 │ ├── hugepage/ │ ├── ksm/ │ ├── memfd/ │ ├── mmap/ │ ├── vmalloc/ │ └── oom/ ├── 安全与隔离 │ ├── capabilities/ │ ├── seccomp/ │ ├── landlock/ │ └── apparmor/ └── 容器技术 ├── namespace/ ├── cgroup2/ ├── container/ ├── overlayfs/ └── pivot_root/ ``` 每个目录包含： - `*.c` — 可编译运行的演示源码 - `README.md` — 原理讲解与实验步骤 - `Makefile` — 一键编译 --- ## 快速上手 ```bash # 克隆项目 git clone https://github.com/golang12306/os-kernel-from-scratch.git cd os-kernel-from-scratch # 进入任意 Demo 目录，编译运行 cd demos/futex make sudo ./futex_demo # 查看原理说明 cat demos/futex/README.md ``` > ⚠️ 所有 Demo 均在 Linux x86_64 环境下测试通过。部分实验需要 root 权限。 --- ## wandos — 从零写的 OS 内核 如果你想看一个真实的可运行操作系统内核实现： ```bash git clone https://github.com/golang12306/wandos.git cd wandos ./build_wsl.sh # 编译（需要 Linux/WSL） ./run.sh # 用 QEMU 运行 ``` | 模块 | 实现情况 | |------|---------| | 引导 | ✅ GRUB2 + multiboot | | 内存管理 | ✅ 分页 + 伙伴系统 | | 进程调度 | ✅ 时间片轮转 + 抢占式 | | 文件系统 | ✅ VFS + MemFS + ConsoleFS | | 系统调用 | ✅ 完整 ring3→ring0 切换 | | 设备驱动 | ✅ VGA + 串口 + 键盘 | | 多核支持 | ✅ SMP + LAPIC + 核间同步 | --- ## 配套公众号文章 每篇公众号文章都配有**可运行的代码 Demo**，学完原理后立刻动手验证。 | 系列 | 篇数 | 状态 | |------|------|------| | 内核基础（引导→保护模式→分页） | 10篇 | ✅ 已完结 | | 基础设施（vDSO/SMP/MESI/kmalloc） | 10篇 | ✅ 已完结 | | 文件系统（ext4/VFS/writeback） | 10篇 | ✅ 已完结 | | 网络（socket/TCP/neigh） | 10篇 | 🔄 更新中 | | 进程与调度 | 10篇 | 📅 待写 | | 内存管理 | 10篇 | 📅 待写 | | 安全与隔离 | 10篇 | 📅 待写 | 👉 [查看公众号合集 →](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzAxMjQwMjA5NQ==&action=getalbum&album_id=4239918263758864395) --- ## Star 趋势 如果你觉得这个项目对你有帮助，欢迎 ⭐ Star，你的支持是我持续更新的动力！ --- ## 贡献指南 欢迎提交 Demo！要求： 1. 每个 Demo 独立可运行（`make` 能编译） 2. 附 `README.md` 说明原理和实验步骤 3. 提交到对应分类目录下 ```bash # 提 issue 讨论新主题 # 提 PR 添加 Demo 或修复文档 # fork 后自由发挥，欢迎分叉 ``` ---
学操作系统没有捷径，但有方法。
从这里开始，从零到精通。