开发一个操作系统是一个庞大而复杂的工程，通常需要一个团队多年的努力。
一、MS-DOS回顾
我们可以回顾一下个人操作系统的经典MS-DOS。MS-DOS（Microsoft Disk Operating System，微软磁盘操作系统）是一个由微软公司在1980年代初开发的操作系统。它是基于早期的CP/M操作系统，并为IBM的个人电脑（IBM PC）及其兼容机提供了一个基本的操作系统环境。微软先是在2014年通过计算机历史博物馆公开了MS-DOS 1.1和2.0的源代码，随后又在GitHub上开源了MS-DOS 1.25和2.0的源代码。此外，微软在MS-DOS开源十周年之际，发布了MS-DOS v4.0的源码。这些开源源代码可以作为操作系统探索者的历史参考。
MS-DOS最初是作为IBM PC的操作系统而开发的。微软购买了QDOS（Quick and Dirty Operating System，由Seattle Computer Products开发）的版权，并基于此开发了MS-DOS。
QDOS是为英特尔8086处理器编写的，主要使用汇编语言开发，因为汇编语言在当时是编写操作系统内核的首选语言，因为它能够提供对硬件的直接和精细控制。
由于QDOS是早期操作系统，它的代码量相对较小，远小于现代操作系统。
MS-DOS 1.25的代码大约是1983年5月9日左右编写的，它只包含7个源文件，包括原始的MS-DOS命令行shell COMMAND.ASM。MS-DOS 2.0的复杂程度和团队规模有了相当大的增长，包含约100个.ASM文件，可以追溯到1983年8月3日左右。
二、开发步骤
1. 确定目标和需求：
- 明确你的操作系统要运行在什么类型的硬件上（PC个人电脑、智能手机、服务器、机器人...）。
- 确定操作系统的主要功能和特性。
- 确定目标用户群体。
2. 学习基础知识：
- 学习计算机体系结构、操作系统原理和编程语言（如C、C++、汇编语言）。
3. 设计操作系统架构：
- 确定操作系统的总体架构，例如微内核、宏内核或混合内核。
- 设计内核与用户空间的交互方式。
4. 编写引导程序（Bootloader）：
- 开发引导程序，它负责加载操作系统内核到内存中，并启动它。
5. 开发内核：
- 实现内核的基础功能，如内存管理、进程调度、系统调用等。
- 编写内核代码，使用低级语言如C或汇编语言。
6. 实现硬件抽象层（HAL）：
- 创建硬件抽象层，使操作系统能够与各种硬件设备交互。
7. 构建文件系统：
- 设计和实现文件系统，以管理磁盘上的文件和目录。
8. 开发设备驱动程序：
- 为各种硬件设备编写驱动程序，使操作系统能够控制这些设备。
9. 实现用户界面：
- 设计图形用户界面（GUI）或命令行界面（CLI）。
- 实现用户与操作系统交互的方式。
10. 开发系统库和API：
- 创建系统库，提供给应用程序调用的接口。
11. 实现多任务和多线程：
- 设计和实现多任务处理和多线程支持。
12. 集成网络功能：
- 实现网络协议栈，支持网络通信。
13. 实现安全性和权限管理：
- 设计安全机制，如用户认证、权限控制等。
14. 测试和调试：
- 对操作系统的各个部分进行测试和调试，确保其稳定性和性能。
15. 优化性能：
- 根据测试结果，优化操作系统的性能。
16. 文档编写：
- 编写详细的开发文档和用户手册。
17. 发布和维护：
- 发布操作系统的初始版本。
- 根据用户反馈进行维护和更新。
18. 社区和生态系统建设：
- 如果是开源项目，建立社区，吸引开发者和用户参与。
19. 持续迭代：
- 根据技术发展和用户需求，不断迭代和改进操作系统。
三、汇编语言
汇编语言能够直接控制硬件，主要是因为它与机器语言非常接近，并且为特定的硬件架构设计了对应的指令集。
1. 低级语言：
汇编语言是一种低级语言，它与机器语言（即计算机硬件直接执行的指令集）非常接近。汇编指令通常对应于机器指令，这意味着汇编语言编写的程序可以被计算机硬件直接理解和执行。
2. 指令集对应：
每种处理器架构都有其特定的指令集架构（ISA），定义了一组机器指令。汇编语言的指令直接映射到这些机器指令，因此可以精确控制硬件执行特定的操作。
3. 寄存器操作：
汇编语言允许程序员直接操作CPU内部的寄存器。寄存器是CPU内部的高速存储资源，用于存储指令、数据和地址等信息。通过直接操作寄存器，程序员可以控制数据流和程序的执行流程。
4. 内存访问：
汇编语言提供了对内存的直接访问能力。程序员可以指定内存地址，执行数据的读写操作，这使得汇编语言能够直接控制硬件的内存管理。
5. 硬件端口访问：
对于外围设备，如图形卡、声卡等，汇编语言允许程序员通过输入/输出端口进行通信。通过编写特定的汇编指令，可以直接向硬件发送命令或读取状态信息。
6. 直接硬件操作：
汇编语言中的指令可以被设计为执行硬件特定的操作，如直接控制硬件的定时器、计数器等。
7. 优化：
由于汇编语言与硬件紧密相关，程序员可以编写高度优化的代码，充分利用硬件的特性，如流水线、缓存等。
8. 特定硬件平台：
汇编语言通常针对特定的硬件平台编写，这意味着同一段汇编代码不能在不同的硬件上运行，除非硬件架构相同。
9. 可读性与可维护性：
尽管汇编语言比机器语言更易于阅读和编写，但它仍然不如高级语言直观。因此，尽管可以直接控制硬件，但在复杂项目中使用汇编语言的情况越来越少。
总的来说，汇编语言之所以能够直接控制硬件，是因为它是一种为特定硬件设计的低级语言，能够直接映射到硬件能够执行的机器指令上。这使得程序员能够编写出能够精确控制硬件操作的程序。然而，随着编程语言的发展，高级语言通过抽象层来简化硬件控制，使得编程更加高效和可移植。
四、操作系统引导程序
编写操作系统引导程序（Bootloader）是一个涉及硬件和低级编程的过程。Bootloader是操作系统启动过程中的第一个软件组件，它的主要任务是初始化硬件并加载操作系统内核到内存中。
通常使用汇编语言和C语言编写Bootloader，因为它们可以提供对硬件的直接控制。编写一段汇编语言代码，该代码将被放置在可执行程序的入口点，用于启动Bootloader。
在Bootloader中编写代码来初始化CPU、内存、中断控制器等硬件组件。配置中断描述符表（IDT）（如果使用x86架构）并实现所需的数据结构，如全局描述符表（GDT），以支持不同的内存访问权限。
如果Bootloader需要从文件系统加载内核，需要实现一个简单的文件系统驱动。编写代码来定位操作系统内核的位置，并将其从存储设备（如硬盘、SSD、网络等）加载到内存中。
准备并设置操作系统启动所需的参数，如内核的入口点地址、初始化内存管理单元（MMU）等。最后是实现从Bootloader跳转到操作系统内核的逻辑。
编写Bootloader是一个复杂的过程，需要对计算机体系结构和硬件有深入的理解。此外，由于Bootloader在系统启动时运行，它通常需要以非常有限的资源和权限来工作，这增加了开发的难度。在实践中，许多操作系统开发者会使用现有的Bootloader框架或工具来简化开发过程。
设计操作系统是一个持续的过程，需要不断地学习、测试和改进。如果你是个人开发者，可能需要选择一个更小的、更具体的项目作为起点，例如开发一个简单的嵌入式系统或教学用的操作系统。如果你是团队的一部分，那么分工合作和项目管理将是成功的关键。
