之前介绍了简单的Hello OS以及代码是如何运行的。接下来我们会真正动手开始往我们的Hello OS中增加功能，但是——操作系统架构是一个极其精细的活。如老话所言“凡事三思而后行”，虽说是手写操作系统，但也得先想清楚内核的细节、一步一步的来构建操作系统不是？
这一次，我们先跟着彭老师的课程在Mac环境或Windows环境下进行内核开发环境的构建，并启动我们所配置的操作系统。而后再来看看操作系统的内核设计，最后建立以后进行内核开发的环境。
环境建立
工欲善其事必先利其器，就跟开发其他应用一样，首先，我们需要一个内核开发环境！ 为了方便开发和测试，我们选择VirtualBox（VMware其实也可以，不过有一些步骤你得自己摸索一下，因此建议使用VirtualBox）来进行操作系统内核的开发。 笔者的开发环境是是Mac Pro与VirtualBox6.1.22。 注：Windows环境下也可以按照之后的教程进行环境的配置和开发，笔者在两个环境下都进行了相关的测试。 注：如果电脑本身就是Linux（Ubuntu）环境，那么可以参考原版教程进行相关的环境安装。准备工作
VirtualBox的安装可以参考：https://blog.csdn.net/u011046452/article/details/115054449
Ubuntu16.04镜像的下载：https://www.jianshu.com/p/123489c8b991
VirtualBox安装Ubuntu可以参考：https://www.huaweicloud.com/articles/28f9f8529b6e0317167c56f25d825fee.html
新建虚拟机Ubuntu
本次环境配置一共需要建立两个虚拟机，一个虚拟机是用作开发的Linux（ubuntu）环境的虚拟机Ubuntu；另一个是用作加载我们内核观察结果的虚拟机COMOS；第一个虚拟机 Ubuntu——建立一个Linux-Ubuntu16.04的虚拟机，取名为Ubuntu：
启动虚拟机之后，提示安装Ubuntu，根据提示完成安装需要十分钟左右的时间：
新建虚拟硬盘
点击虚拟机Ubuntu设置的存储，添加虚拟 硬盘：
新建虚拟机COSMOS
接下来需要建立另外一个虚拟机了——COSMOS！ 这个虚拟机以后将会运行我们所编写的内核，意义重大。
安装GRUB
也许大家已经注意到了：虚拟硬盘hd.vdi既跟Ubuntu虚拟机关联又跟COSMOS虚拟机关联。 这是为什么呢？——因为我们将使用Ubuntu虚拟机在hd.vdi上面进行内核的编写，而后在COSMOS虚拟机上加载hd.vdi上的内核进行测试！
接下来，我们需要在hd.vdi这块硬盘上进行相关配置并安装GRUB引导，使它以后能够加载我们所写的系统。 先打开虚拟机Ubuntu，输入lsblk命令查看当前的块设备：
//sdb设备只是一块新的硬盘，上面需要建立文件系统才能够使用//mkfs.ext4即是在sdb上建立ext4文件系统sudo mkfs.ext4 /dev/sdb//进入~目录建立hdisk文件夹作为sdb的挂载目录cd ~ mkdir hdisk//将/dev/sdb挂载在hdisk目录下，这样我们就能通过访问hdisk目录访问sdb硬盘mount /dev/sdb ./hdisk
再次输入lsblk命令，可以看到sdb设备已经被加载到了hdisk目录下（可以认为访问hdisk就是访问sdb硬盘）：
若无误则表明grub安装完毕，进入boot目录可以看到多出了grub文件夹。 现在还需做一件事情，那就是配置grub的启动项，在boot目录下新建一个grub.cfg，其中的内容如下：
sudo mkdir ./hdisk/boot//将grub安装到boot中（grub可以看做是bootloader，是用来加载操作系统的）//这需要借助grub-install工具：sudo grub-install --boot-directory=./hdisk/boot/ --force --allow-floppy /dev/sdb
//设置HelloOS是启动系统的第一个选项 menuentry ‘COSMOS’ { #加载part_msdos、ext2模块 #这是grub的语法 insmod part_msdos insmod ext2 set root=’hd0’ #只有一个硬盘，因此设置根目录为hd0(就是hd.vdi) multiboot2 /boot/COSMOSOS.eki #加载boot目录下的.eki内核文件 boot #加载启动内核文件 } #设置过时样式为目录 set timeout_style=menu #设置过时时间 if [ “${timeout}” = 0 ]; then set timeout=10 #等待10秒钟自动启动 fi
注：上述grub.cfg文件内容暂时不懂没关系，语法的学习可以参考：GRUB2语法学习，并且在下一节课会对GRUB、Boot、efi等概念做一个总结，到时候一切都明白了。 保存后关闭虚拟机Ubuntu，启动虚拟机COSMOS。 注：两个虚拟机不能同时开启，因为两者都挂载了hd.vdi，两个同时开启会出现文件冲突。启动COSMOS
启动COSMOS之后可以看到下面的结果：
内核架构
管理资源
内核架构，即是我们所说的操作系统架构。 内核——也就是操作系统——其实就是在应用程序与计算机硬件、软件之间的一个桥梁，它负责负责管理计算机资源。其实在手写操作系统(2)中已经提到过了，计算机资源分为硬件资源和软件资源。硬件资源是指计算机物理存在的介质，包括CPU、内存、硬盘、数据总线等，如下图所示：
软件资源即是计算机中的各种数据，如文件、应用程序等等。
内核就是上述硬件、软件资源的管理者，其内部逻辑大致有：- 管理CPU：CPU是用来执行程序的，可以简单理解为管理进程/线程；
- 管理内存：负责分配、释放内存；
- 管理硬盘：主要是指管理硬盘的文件系统；
- 管理各种IO设备：包括但不限于显卡、网卡、U盘、键盘等等。
宏内核
宏，即所谓的大。 宏内核架构就是将上述所提到的所有的资源组件的相关代码编译链接在一起，形成一个更大的执行程序，值得注意的是，这个更大的执行程序是运行在处理器特权级别（手写操作系统5会讲）。其结构图如下：
举个例子，若宏内核需要为某个应用分配内存：
- 应用程序调用内存分配的API，如C的malloc；
- CPU在特权级别运行内核代码；
- 内核代码中的内存管理组件分配一块内存；
- 将上述分配的内存首地址返回给API；
- 应用程序获得API返回的内存地址；
微内核
微内核的设计与宏内核就有点不一样了：宏内核巴不得内核具有所有的功能，恨不得囊括寰宇。 而微内核则尽可能减少内核的规模，只给它一些基本且必须的功能，如进程调度、进程通信中断、内存空间映射等等。 由于此时微内核的功能较少，为了配合内核的工作，将各种进程管理、内存管理、设备管理等功能设计为一个一个的服务进程。内核需要实现某种功能时，则交给对应的服务进程来处理。它与这些服务进程之间的通信是通过消息来传输的。其结构如下：
同样以是给进程分配内存为例，在微内核架构中流程如下：
- 进程调用微内核的API（申请内存的）；
- 内核切换到特权级别，运行内核代码；
- 内核将相关信息以消息机制发送给管理内存的服务进程，由它来处理；
- 内存管理服务进程收到消息之后，分配内存；
- 将内存信息以消息机制发送给内核；
- 内核将内存信息发送给进程。
COSMOS
了解了宏内核与微内核的相关的知识，现在轮到我们开始选择了——我们的操作系统内核应该采用什么架构？ 综合考虑之下，我们不想单独选择两者中的某一种，而打算结合它们的优点，设计一种混合架构：
- 内核接口层
- 内核功能层
- 内核硬件层
Linux、Windows、MacOS
Linux内核的结构如下：
Windows内核NT的内部结构如下，采用的是混合内核架构（图形驱动程序还在内核中，因此图像性能强劲）：
苹果Darwin结构如下，采用双层内核架构，主要是为了兼容之前的系统内核：
参考资料
10 设置工作模式和环境（课程及neohope的留言）
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