来源：AI开发日志公众号专辑「Build Your Own X With AI」
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUxMjg3MjE2OA==&mid=2247486035&idx=1&sn=a12e772582ff72fe465ec5f5b8fdf7f2&chksm=f95c91d4ce2b18c218db78e4d4c688d92a54f08d1ae2f9232665bdb20416682b6691b1fa3f42#rd

Mini OS / 迷你操作系统

English 中文

Screenshots

English

A small operating system that runs on QEMU/VirtualBox and supports executing C-compiled ELF executable files.

Features

Boot Loader

GRUB + Multiboot protocol

Memory Management

Physical memory allocator, virtual memory management, paging

Process Management

Process creation, destruction, round-robin scheduling

ELF Loader

Parse and load 32-bit ELF executables

System Calls

exit, write, read, sbrk

Interrupt Handling

CPU exceptions, hardware interrupts, system calls

Device Drivers

VGA text mode, keyboard, timer

Exception Handling

Page faults, division by zero, illegal instructions, etc.

User Program Demo

Built-in demonstrations of user space programs

Quick Start

For macOS (Apple Silicon)

Important: VirtualBox on Apple Silicon doesn’t support x86 VMs. Use QEMU instead.

1. Install QEMU

brew install qemu

2. Build using Docker (easiest)

./build-docker.sh

3. Run

qemu-system-i386 -cdrom mini-os.iso

For Linux

Install dependencies

sudo apt-get install build-essential nasm grub-pc-bin xorriso qemu-system-x86

Build

make clean

make iso

Run

qemu-system-i386 -cdrom mini-os.iso

What You’ll See

After booting, the system will:

Initialize all subsystems (GDT, IDT, memory, processes, etc.)

Display “Mini OS initialized successfully!”

Run user program demonstrations:

Demo 1: Hello World

Demo 2: Calculations (sum of 1-10)

Demo 3: String operations (alphabet)

Demo 4: Memory operations (squares)

System Calls

User programs can use these system calls:

exit(0);                          // Exit process

write(1, ”Hello\n”, 6);          // Write to stdout

read(0, buffer, sizeof(buffer)); // Read from stdin

char* mem = sbrk(1024);          // Allocate memory

Project Structure

mini-os/

├── boot/              # Boot code

├── kernel/            # Kernel code

│   ├── memory/        # Memory management

│   ├── process/       # Process management

│   ├── interrupt/     # Interrupt handling

│   ├── drivers/       # Device drivers

│   └── fs/            # ELF loader

├── include/           # Header files

├── userland/          # User programs

├── Makefile           # Build script

└── grub.cfg           # GRUB configuration

Technical Specifications

Architecture

x86 (32-bit)

Kernel Type

Monolithic

Boot Protocol

Multiboot

Memory

Paging (4KB pages)

Scheduling

Round-robin

System Calls

INT 0x80

Documentation

README.md

  • This file

QUICKSTART.md

  • Quick start guide

DEVELOPER.md

  • Developer documentation

BUILD_NOTES.md

  • Build instructions

APPLE_SILICON.md

  • Apple Silicon specific guide

RUN_USER_PROGRAMS.md

  • How to run programs

HOW_TO_RUN_PROGRAMS.md

  • Program execution guide

Current Limitations

❌ No file system (cannot load external programs from disk)

❌ No shell (no command interpreter)

✅ Can run embedded user programs (compiled into kernel)

✅ Full kernel functionality (memory, processes, syscalls)

This is normal for educational operating systems!

Future Extensions

File system support (FAT, ext2, etc.)

Multi-process concurrent execution

Inter-process communication (IPC)

Network support

Graphical interface

More device drivers

License

This project is for educational purposes only.

References

OSDev Wiki

Intel Developer Manual

Multiboot Specification

ELF Format

中文

一个可以在 QEMU/VirtualBox 上运行的小型操作系统，支持执行 C 语言编译的 ELF 格式可执行文件。

功能特性

引导加载

使用 GRUB + Multiboot 协议

内存管理

物理内存分配器、虚拟内存管理、分页机制

进程管理

进程创建、销毁、轮转调度

ELF 加载器

解析和加载 32 位 ELF 可执行文件

系统调用

exit, write, read, sbrk

中断处理

CPU 异常、硬件中断、系统调用

设备驱动

VGA 文本模式、键盘、定时器

异常处理

页错误、除零错误、非法指令等

用户程序演示

内置的用户空间程序演示

快速开始

macOS (Apple Silicon)

重要提示: Apple Silicon 上的 VirtualBox 不支持 x86 虚拟机，请使用 QEMU。

1. 安装 QEMU

brew install qemu

2. 使用 Docker 构建（最简单）

./build-docker.sh

3. 运行

qemu-system-i386 -cdrom mini-os.iso

Linux

安装依赖

sudo apt-get install build-essential nasm grub-pc-bin xorriso qemu-system-x86

构建

make clean

make iso

运行

qemu-system-i386 -cdrom mini-os.iso

运行效果

启动后，系统会：

初始化所有子系统（GDT、IDT、内存、进程等）

显示 “Mini OS initialized successfully!”

运行用户程序演示：

演示 1: Hello World

演示 2: 计算（1 到 10 的和）

演示 3: 字符串操作（字母表）

演示 4: 内存操作（平方数）

系统调用

用户程序可以使用以下系统调用：

exit(0);                          // 退出进程

write(1, ”Hello\n”, 6);          // 写入到标准输出

read(0, buffer, sizeof(buffer)); // 从标准输入读取

char* mem = sbrk(1024);          // 分配内存

项目结构

mini-os/

├── boot/              # 引导代码

│   └── boot.asm

├── kernel/            # 内核代码

│   ├── main.c         # 内核入口

│   ├── user_demo.c    # 用户程序演示

│   ├── memory/        # 内存管理

│   ├── process/       # 进程管理

│   ├── interrupt/     # 中断处理

│   ├── drivers/       # 设备驱动

│   └── fs/            # ELF 加载器

├── include/           # 头文件

├── userland/          # 用户程序

├── Makefile           # 构建脚本

└── grub.cfg           # GRUB 配置

技术规格

架构

x86 (32-bit)

内核类型

宏内核

引导协议

Multiboot

内存管理

分页（4KB 页）

调度算法

轮转调度

系统调用

INT 0x80

文档

README.md

  • 本文件

QUICKSTART.md

  • 快速开始指南

DEVELOPER.md

  • 开发者文档

BUILD_NOTES.md

  • 构建说明

APPLE_SILICON.md

  • Apple Silicon 专用指南

RUN_USER_PROGRAMS.md

  • 如何运行程序

HOW_TO_RUN_PROGRAMS.md

  • 程序执行指南

当前限制

❌ 没有文件系统（无法从磁盘加载外部程序）

❌ 没有 Shell（无命令解释器）

✅ 可以运行嵌入的用户程序（编译时打包进内核）

✅ 完整的内核功能（内存、进程、系统调用）

这对于教学操作系统来说是正常的！

未来扩展

文件系统支持（FAT、ext2 等）

多进程并发执行

进程间通信（IPC）

网络支持

图形界面

更多设备驱动

许可证

本项目仅用于教育和学习目的。

参考资料

OSDev Wiki

Intel 64 and IA-32 架构软件开发者手册

Multiboot 规范

ELF 格式规范

Statistics / 统计信息

Source Files / 源文件

51

Lines of Code / 代码行数

~4,900

Documentation / 文档

8 files

Completion / 完成度

100%

Contributors / 贡献者

This is an educational project created for learning operating system concepts.

这是一个用于学习操作系统概念的教育项目。

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