OSDev Wiki——作業系統開發入門基礎（一）
本文翻譯自 OSDev.org
由於譯者水平有限，本文不免存在遺漏或錯誤之處。如有疑問，請查閱原文。
以下是譯文。
目錄
•1 Welcome•2 作業系統是什麼？•3 核心（kernel）是什麼？•4 shell 是什麼？•5 GUI 是什麼？
•5.1 桌面環境，視窗管理程式，元件庫
•5.2 論壇 GUI 相關的帖子
•6 為什麼要開發一個作業系統？•7 相關條目•7.1 文章
Welcome
歡迎加入到作業系統開發的行列，勇敢的開拓者們！
並不是所有人都會在這個領域取得“成功”，不少人甚至連作業系統開發的入門課都未透過。
不過，這或許並不會妨礙你更進一步，開創出下一個 Linux 或 Windows ？亦或是稍低一點的目標，MenuetOS 或 CP/M ？
無論你的目標為何，作業系統開發都是程式開發的巔峰，這是毋庸置疑的。不過，你並不孤獨。我們整個網站，包括網站論壇和該 Wiki，都是致力於作業系統開發的。
在這兒不僅僅是交流程式設計技巧，更是交流感情和友誼的地方。相信在學習過程中，你一定能與網路另一端的建立良好的友誼。
在作業系統開發中，想要取得“成功”，你該怎麼做呢？
首先，你應該閱讀一下 Getting Started 這篇文字。如果你打算使用 C/C++ 作為你的開發語言，那麼你需要構建 GCC Cross-Compiler。
而如果你偏愛其他語言，那麼你同樣得準備類似的工具（例如，編譯器）。這一切都得你自己付出精力。但是，用你喜歡的語言可能給你的工作帶來不少激勵和興奮。
祝你好運！
作業系統是什麼？
作業系統是一套軟體，控制對計算機系統的操作和資源。其主要功能包括：
•管理記憶體及其他系統資源。•實施安全管控和訪問控制策略。•排程和多程式與多執行緒。•啟動及關閉使用者程式，同時為這些使用者程式提供基本的系統服務。•提供基本的使用者介面和應用程式程式設計介面。
並不是所有的作業系統都提供所有這些功能。像 MS-DOS 這樣的單使用者系統並沒有程式排程功能，而像 eCOS 這樣的嵌入式系統則可能沒有使用者介面。
然而，作業系統不是：
•計算機硬體。•一個具體的應用程式如，字處理程式，Web 瀏覽器或遊戲。•一套工具（如在許多類 Unix 系統中廣泛使用的 GUN tools）。•一套開發環境（儘管有些系統，比如 UCSD Pascal 、Smalltalk-80自帶有直譯器和 IDE ）。•一套圖形使用者介面（不少現代作業系統都整合有 GUI 介面）。
儘管大多數的作業系統在分發的時候都自帶有這樣或是那樣的工具，可這些工具本身並非是 OS 的必需元件。
一些作業系統如 Linux，通常被封裝成不同的封包形式釋出， 不同的封包往往封裝有不同的工具套件和應用程式，在軟體組織方式也存在差異，這些不同的封裝的系統，一般稱為發行版（distributions）。
儘管如此，這些不同的發行版只是基於基本 OS 封裝有各自的工具套件而已，不應該被認為是不同型別的作業系統。
核心（kernel）是什麼？
作業系統核心是作業系統中使用者永遠無法看見的部分。
核心的基本功能是保證其他程式能正常執行。它負責處理硬體產生的事件（稱為中斷）、軟體產生的事件（系統呼叫）以及管理資源的訪問。
系統中斷硬體事件處理程式（中斷處理程式），舉例來說，就是記錄你按下的按鍵，並將它轉換成相應的字元儲存在緩衝區中，以便某些程式索取這些資料。
而系統呼叫則是由使用者級程式發起的，比如說開啟檔案，啟動其他程式的過程等等，都是在呼叫系統呼叫。每一個系統呼叫處理程式都會檢查使用者程式傳遞的引數是否合法，然後才進入系統內部，響應使用者程式請求。
大多數使用者程式（除了彙編程式）並不直接呼叫系統呼叫，而是使用標準庫，這些庫通常處理引數格式化和生成系統呼叫的任務（例如，C 函式 fopen() 最終是呼叫核心函式開啟檔案）。
另外，核心通常定義有一些抽象概念，比如檔案，程式，套接字，目錄等等。這些抽象概念用於記錄了上個會話的系統內部狀態，所以程式可以更加有效地處理新的操作會話。
shell 是什麼？
shell是一個提供人機互動介面的特殊程式，通常整合到系統發行版中。從使用者角度來看，shell 往往因系統而異，在不同的系統上體現形式也不一樣（如：cmd 形式的命令列，檔案資源管理器等等）；
不過，其主要功能不外乎以下幾點：
•允許使用者選擇一個程式啟動，同時可以選擇性地傳遞某些具體會話引數。•允許對本地儲存器進行一些瑣碎的操作，像列出目錄下的內容，跨系統檔案剪下和複製。
為了完成這些操作，shell 需要呼叫若干的系統呼叫，比如，“開啟檔案 x ；開啟檔案 y，如果不存在就新建一個；讀取 X 的內容，寫入 Y 中，然後關閉 X、Y這兩個檔案，給標準輸出返回“操作完成”訊號 ”。
此外，shell 還可以被應用程式用來呼叫其他程式，靠其他程式來完成自身無法完成的工作（例如，生成“*.mp3”，取得某個程式的確切路徑等等）。
現代 shell 還具有不少其他額外的功能特性，
舉例如下：
•自動補全：按 TAB 鍵（或其他補全功能鍵），使用者輸入的字元會自動補全為有效的 shell 命令，檔名，目錄或其他內容。連續多次敲擊自動補全鍵，可列出當前所有可能的命令選項。•字元插入：使用者可以透過方向鍵在 shell 中移動游標位置。當游標位於一行命令中間時，此時便可將新的命令“插入”其中。•shell 命令歷史：透過 方向鍵 shell 可以把輸出存入緩衝區中，以便使用者上下翻頁。•指令碼支援：一些 shell 具有訂製的指令碼語言，如 bash，DOS 的批處理。•......
GUI 是什麼？
Graphical User Interface (GUI,圖形使用者介面)，是作業系統最具視覺化的部分。其扮演的角色已然超出了一個簡單圖形繪製庫的範圍。GUI 的主要功能包括：
•捕獲使用者輸入事件（鍵盤，滑鼠等等）並將這些事件派遣給恰當的處理物件。•更新內部關於哪些內容需要顯示，顯示在哪個位置，螢幕哪個部分需要重新整理顯示的資訊。•更新螢幕的當前顯示內容，重新整理繪製必要的部分。•以自然、直觀的方式，響應使用者。
桌面環境，視窗管理程式，元件庫 當你在 KDE 或 Windows 開啟新的會話，那麼這便是一個桌面環境。
系統中負責組織眾多執行程式視窗，視窗縮放/關閉，視窗邊界，捲軸等等的，是視窗管理器。
最後，還需要有子系統負責繪製這些視窗元素，渲染螢幕顯示的文件等等，這便是我們常說的 元件庫。
不過，一些宣告式語言（例如，Mozilla 的 XUL ,Qt 的 QML）也可實現類似的功能。
論壇 GUI 相關的帖子
•Will you implement a GUI?•GUI design•Handling input events in GUI
為什麼要開發一個作業系統？
人們選擇開發一個 OS 的原因各異，但是，對於絕大多數開發者來說，可能有這幾條是共同的：
•獲得對機器完全地控制。
當在開發應用程式或其他使用者級程式時，開發者需要考慮其他人寫的程式碼，如作業系統，各種庫，其他程式等等。寫作業系統能讓人感到對機器的強有力控制。
•研究。
有相當一部分作業系統專案是家庭作業和研究專案。
想要在一年的期限內完成一個作業系統的作業，實在不是一個很好的想法，畢竟時間太緊張。而研究專案往往是為了改進、提高現有的作業系統。新手們經常犯的錯誤，往往是嚴重低估了從頭寫一個系統所需的時間。
•為了替代現在使用的系統。
或許是因為現有的系統無法滿足開發者的某些特定需求，或許是因為這些系統令人生厭（Linux 太過龐大，Windows 不夠穩定）。這可能是為了盈利目的，儘管這個週期將會十分漫長。
•因為開發作業系統是一個有趣的過程。
低階（語言）程式設計開發是一個充滿趣味和刺激的任務，所有的一切都需要你自己處理。
這似乎很困難，然而，正是因此而更加有趣。你可以知道所有這些是如何運作的，所有你程式內部的工作。
很可惜的是，不少作業系統專案都是不合理的條件下啟動的。
參見 Beginner Mistakes 列表。
相關條目
文章
•Required Knowledge•Beginner Mistakes
References
[1] OSDev.org: https://wiki.osdev.org/Main_Page
[2] 原文: https://wiki.osdev.org/Introduction
[3] 1 Welcome: #1
[4] 2 作業系統是什麼？: #2
[5] 3 核心（kernel）是什麼？: #3
[6] 4 shell 是什麼？: #4
[7] 5 GUI 是什麼？: #5
[8] 5.1 桌面環境，視窗管理程式，元件庫: #5.1
[9] 5.2 論壇 GUI 相關的帖子: #5.2
[10] 6 為什麼要開發一個作業系統？: #6
[11] 7 相關條目: #7
[12] 7.1 文章: #7.1
[13] 網站論壇: http://forum.osdev.org/
[14] Getting Started: https://wiki.osdev.org/Getting_Started
[15] GCC Cross-Compiler: https://wiki.osdev.org/GCC_Cross-Compiler
[16] Will you implement a GUI?: http://forum.osdev.org/viewtopic.php?t=8783
[17] GUI design: http://forum.osdev.org/viewtopic.php?t=9432
[18] Handling input events in GUI: http://forum.osdev.org/viewtopic.php?t=9448
[19] Beginner Mistakes: https://wiki.osdev.org/Beginner_Mistakes
[20] Required Knowledge: https://wiki.osdev.org/Required_Knowledge
[21] Beginner Mistakes: https://wiki.osdev.org/Beginner_Mistakes