作者讲述《一个操作系统的实现》的故事

《Orange ’ s ：一个操作系统的实现 》作者自序
    本书是《自己动手写操作系统》的第二版，通过一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程。有关操作系统的书籍资料可以找到很多，但是关注如何帮助读者实现一个试验性操作系统的书籍却不多见，本书便是从一个简单的引导扇区开始，讲述一个操作系统成长的故事，以作读者参考之用。本书面向实践，通过具体实例教读者开发自己的操作系统。书中的步骤遵循由小到大、由浅入深的顺序，跟随这些步骤，读者可以由一个最简单的引导扇区开始，逐渐完善代码，扩充功能，最后形成一个小的操作系统。
    本书不仅介绍操作系统的各要素，同时涉及开发操作系统需要的各个方面，比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等。书中的实例操作系统采用IA32 作为默认平台，所以保护模式也作为必备知识储备收入书中，而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的。总之，只要是开发自己的操作系统中需要的知识，书中都尽量涉及，以便于读者参考。
    众所周知，一个成型的操作系统往往非常复杂。如果考虑到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位，那么它可能看上去比一般的软件系统更难理解，因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存和I/O 端口的操作，它们夹杂在一片代码汪洋之中，显得更加晦涩。
    我们有许多源代码公开的操作系统，可供随时下载和阅读，看上去好像让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得容易很多，但事实往往不尽人意，因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行，而且细节之间经常互相关联，要理解它们着实不易。我们有许多容易得到的操作系统教程，但读来好像总觉得跟我们有隔膜，不亲近。造成这些的根本原因，在于学习者一开始就面对一个完整的操作系统，或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果。而无论作者多么擅长写作，读者多么聪明，或者代码多么优秀，要一个初学者理清其中的头绪都将是非常困难的。
    我并非在此危言耸听，因为这曾经是我的亲身体会。当然，如果只是为了考试，几本操作系统理论书籍就足够了，你不需要对细节那么清楚。但如果是出于兴趣呢？如果你是想编写自己的操作系统呢？你会发现理论书籍好像一下子变得无用武之地，你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛
苦苦编写的代码运行异常甚至崩溃。
    我经历过这一切！我曾经翻遍了一本《操作系统：设计与实现》，也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手。并不是这些书不好，也不是前人的代码不优秀，而是作为一无所知的初学者，我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识，还有让我们举步维艰的实践细节。
    可能在这些教科书作者的眼里，操作的细节不属于课程的一部分，或者这些细节看上去太容易，根本不值一提，甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分，约定俗成是由读者本人去摸索的。但是实际情况往往是，这些书中忽略掉的内容恰恰占去了一个初学者大部分的时间，甚至影响了学习的热情。我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感，那是一种不知道如何着手的无助的感觉。还好我坚持了下来，克服了各种困难，并完成了自己的操作系统雏形。
    进而我想到，一定不只是我一个人对编写自己的操作系统怀有兴趣，也一定不只是我一个人在实践时遇到困难。或许我应该把自己的经历写下来，从而可以帮助跟我相似的后来者，就这样，我编写了本书的第一版，也就是《自己动手写操作系统》。我相信，如果你也对神奇的计算机世界充满好奇，并且希望通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生的故事，那么你一定可以在这本书中得到一些帮助。而假如你真的因为我的书而重新燃起实践的热情，从而开始一段操作系统旅程，我将会感到非常高兴。
    不过我得坦白，在写作《自己动手写操作系统》的时候，我并不敢期待它能引起多少反响，一方面因为操作系统并不是时尚的话题，另一方面我也是走在学习的路上，或许只是比读者早走了一小步而已。然而出乎我的意料，它面世后重印多次，甚至一度登上销量排行榜的榜首，这让我觉得它的确有一定的参考价值，我要借此机会感谢所有支持我的读者。
    在我写作《自己动手写操作系统》的时候，并没有想过今天会有一个第二版。原因在于，我希望这本书是用来填补空白的，而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白，具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码，有能力从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了。
    那么为什么我又写作了第二版呢？原因有几个方面。第一，虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解，但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委，但写得太简略，以至于读者看来未必清晰。第二，我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命，但毕竟到书的结尾，读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统，没有内存管理，什么也干不了。在第二版中，你将会看到，你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性OS 编写应用程序了，也就是说，它已经具备操作系统的基本功能，虽然仍然极其简陋，但第一个圈，毕竟是已经圆起来了。第三，实践类的操作系统书籍还是太少了，以至于你要想看看别人是怎么做的，除了读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍之外，就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过，所以我在第二版中，仍然试图把话说细一点，把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字。
    在这一版中，内容被划分成上下两篇。上篇基本上是第一版的修订，只是做了一个调整，那便是在兼顾Windows 和Linux 两方面用户的基础上，默认在Linux 下建立开发环境来编写我们的操作系统。至于这样做的原因，在本书第2章有比较详细的说明。当然，开发环境毕竟是第二位的，书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版都是一致的。本书的下篇全部都是新鲜内容，主要是增加了进程间通信、文件系统和内存管理。跟第一版的做法相同，下篇仍然不仅关注结果，更加致力于将形成一个结果的过程呈现出来。与此同时，由于本书旨在分享和引路，所以尽可能地简化了设计，以便将最重要的部分凸显出来。读者将看到，一个操作系统的文件系统和内存管理可以简陋到什么程度。简陋不是缺点，对于我们初学者而言，正是需要从简陋入手。换言之，如果你已经对实现一个操作系统有了一定的经验，那么这本书可能不适合你。这本书适合从来没有编写过操作系统的初学者。
    本书的排版是我用LATEX自己完成的。在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书，其次才是编写操作系统的方法。另外，书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入LATEX源文件，从而严格保证书和光盘的一致性，读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中代码的准确位置。
    此外，在第二版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了，原因在于虽然我们的试验性OS 从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处，所以我将原先的Tinix（本意为Try Minix）改成了新名字Orange’S（这个名字来自于我的妻子），以表示它们的不同。另外，书中的代码风格，有些地方也做了调整。
    我想，虽然第二版有着这样那样的变化，但有一点没有变，那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉读者，同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈现出来。很可能读者比我更聪明，有更好的解决问题的方法，但无论如何，我认为我自己的经验可以为读者所借鉴。如果真是如此，我将会非常欣慰。
    在第二版的编写过程中，我同样要感谢许多人。感谢我的父母和爷爷对我的爱，并希望爷爷不要为我担心，写书是件辛苦的事，但同时也使我收获良多。爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字，这本书里有你的功劳。我要感谢博文视点的各位朋友，感谢郭老师的理解和支持，感谢李玲的辛勤工作，感谢江立和李冰，你们的高效让我非常钦佩。我还要感谢孟岩老师，你给我的鼓励我一直记在心里。我要感谢我的挚友郭洪桥，不仅仅因为你在技术上给我的帮助，更加因为你在精神上给我的支持。感谢我的同事和朋友张会昌，你在技术上的广度和深度总令我钦佩。另外，在第一版中帮助我的人，我要再次谢谢你们，因为没有第一版，也就没有第二版。
    在所有人中我最应该感谢和最想感谢的，是我的妻子黄丹红，感谢你给我的所有建议，还有你帮我画的图。尤其是，当这本书在我预想的时间内没有完成的时候，当我遇到困难迟迟不能解决的时候，你总在一旁给我鼓励，在你那里，我从来都能感觉到一种温暖，我深知，如果没有你的支持，我无法坚持下来将书写完。谢谢你，这本书同样属于你。
    跟第一版相比，这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面，而由于笔者的水平实在有限，难免有纰漏甚至错误。如果读者有任何的问题、意见或建议，请登录http://www.osfromscratch.org，让我们共同探讨，共同进步。