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
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 · 46 篇深度图文持续更新
第一阶段：内核基础（已完结）
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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
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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）
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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）
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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
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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
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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
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capabilities · apparmor · landlock · seccomp
smap/smep · kaslr · shadow stack · cet · spec_ctrl
└── 理解现代Linux安全防护机制
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
# 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。
如果你想看一个真实的可运行操作系统内核实现：
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 |
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 |
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！
欢迎提交 Demo！要求：
- 每个 Demo 独立可运行（
make能编译） - 附
README.md说明原理和实验步骤 - 提交到对应分类目录下
# 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。