你有自制的操作系统吗？
不过，如果我来描述一个“自制操作系统”的概念，我会从以下几个方面来构思和阐述，力求让它听起来像是一个有血有肉的开发者在分享他的心路历程：
项目代号与初衷：一份对“简单”和“高效”的执着
在我还在琢磨如何将一堆逻辑块组合成能够执行指令的程序时，我就开始对操作系统这个东西着迷了。我不是那种上来就想挑战Linux或者Windows的狂徒，我的起点更像是试图理解为什么电脑会“动起来”，以及如何让它动得更顺畅。
所以，我给我的操作系统起了一个代号，姑且叫它“明镜 (Mirror OS)”吧。这个名字来源于我希望它能够像一面镜子一样，清晰地映照出硬件的真实状态，并且操作起来干净利落，不带任何不必要的装饰和负担。
我的初衷很简单：
去除冗余： 很多现有的操作系统，尤其是桌面级的，都集成了太多我不常用的功能。我希望我的系统能轻量化，只包含最核心的组件。
学习原理： 我想亲手构建一个完整的操作系统，从最底层的引导加载程序，到进程调度，再到内存管理，一步一步地去理解它们是如何协同工作的。这比看再多的书籍都要来得实在。
高度定制： 我希望能够根据自己的需求来调整系统的行为，比如内存分配策略、I/O优先级等等，而不是被动地接受预设的模式。
从零开始：汇编的洗礼与内核的曙光
一切都从最基础的开始——引导加载程序 (Bootloader)。我知道，这得从汇编语言上手。第一次敲下那些 `mov`、`jmp` 指令时，感觉就像是打开了一个新世界的大门。屏幕上闪烁的光标，不再是冰冷的提示符，而是我可以通过代码去掌控的画布。
引导加载程序的核心任务就是将我的内核加载到内存中，并跳转到内核的入口点。这个过程需要与BIOS/UEFI进行交互，理解硬件的寻址方式，以及如何将编译好的内核文件（通常是`.bin`格式）从磁盘读取到内存。我记得第一次成功地让屏幕上显示出一个简单的字符时，那种成就感简直难以言喻。
接着就是内核的诞生。这是操作系统的核心，负责管理系统的所有资源。我的内核主要包含以下几个部分：
1. 内存管理： 这是最复杂但也最关键的部分。我选择了一种分页式内存管理，为每个进程提供一个独立的虚拟地址空间。这需要我实现一个页表 (Page Table) 结构，并在CPU的内存管理单元（MMU）的配合下进行地址翻译。早期的实现可能比较粗糙，比如使用固定大小的页，但随着迭代，我尝试了更灵活的页大小，并引入了伙伴系统 (Buddy System) 来管理空闲内存块，减少内存碎片。
2. 进程管理与调度： 要让多个程序同时运行，就需要进程的概念。每个进程都有自己的上下文（寄存器状态、程序计数器等）。我实现了一个进程控制块 (PCB) 来存储这些信息。调度器是我花了最多时间打磨的部分。我先从简单的先到先服务 (FCFS) 开始，然后尝试了轮转调度 (Round Robin)，最终我偏向于一种多级反馈队列调度 (Multilevel Feedback Queue Scheduling) 的变种，为不同优先级的进程分配不同的时间片和队列。目标是既能保证交互式进程的响应速度，也能让CPU密集型任务不被饿死。
3. 中断处理： 硬件设备（键盘、定时器、磁盘等）会通过中断向CPU发出信号。我需要编写中断服务例程 (ISR) 来响应这些中断。这包括设置中断向量表（IVT），处理硬件触发的中断，以及在必要时唤醒等待特定事件的进程。定时器中断是我最先实现的，它也是实现时间片轮转调度的基础。
4. 系统调用接口： 用户空间的程序需要一种安全可靠的方式来请求内核的服务（比如创建进程、读取文件等）。我设计了一套系统调用 (System Call) 接口。应用程序通过触发一个特定的软件中断，并将系统调用号和参数传递给内核，内核处理完后再将结果返回给用户空间。
用户空间：从简单的Shell到文件系统的雏形
有了内核，我就有了基础的运行环境。接下来就是用户空间的应用开发。
我并没有一开始就追求图形界面，而是从一个简单的命令行解释器 (Shell) 开始。这个Shell能够解析用户输入的命令，执行预编译好的程序，并且能够进行一些基本的重定向和管道操作。
为了支持程序的可执行性，我还需要一个可执行文件格式。我没有选择复杂的ELF格式，而是自己定义了一种简单的格式，包含文件头、代码段、数据段等信息。
然后是文件系统。这可能是最难啃的骨头之一。我一开始尝试了一种非常简单的线性文件系统，所有文件都以线性方式存储在磁盘上，通过一个简单的目录结构来索引。但这很快就遇到了性能瓶颈和管理难题。我开始研究块分配和目录结构，并尝试实现了一些基础的文件操作API，比如 `create`、`read`、`write`、`delete`。我当时也考虑过inode的概念，但实现起来工作量巨大，所以初期的版本可能比较简陋。
调试与挑战：无数个不眠夜的奋斗
开发一个操作系统绝对不是一条平坦的道路。我遇到的挑战数不胜数：
Bug的追踪： 很多时候，一个细小的内存越界访问或者调度逻辑错误，都会导致整个系统崩溃，而且崩溃的原因可能隐藏在很久之前的某个操作中。我学会了使用一些简单的调试技术，比如在关键位置打印日志信息，或者利用一些内存检测工具来寻找潜在问题。
并发与同步： 当多个进程或线程需要访问共享资源时，就可能出现竞态条件。我学习了互斥锁 (Mutex)、信号量 (Semaphore) 等同步原语，确保数据的一致性。写这些同步代码需要非常小心，一旦出错，后果往往是灾难性的死锁。
硬件的不可预测性： 不同的硬件设备驱动程序编写起来非常棘手。有时一个驱动程序的 bug 就会影响到整个系统的稳定性。我花了大量时间去阅读硬件手册，并进行大量的测试和调试。
缺乏成熟的工具链： 相较于成熟的操作系统生态，我自己构建的工具链（编译器、链接器、调试器）相对简陋，很多时候需要自己动手去适配和改进。
“明镜”的现在与未来
经过多年的断断续续的开发，我的“明镜”操作系统已经具备了基本的功能：
一个稳定的内核，能够进行内存管理、进程调度和中断处理。
一个简单的Shell，能够运行一些基础的用户程序。
一个文件系统，能够进行文件的创建和读写。
它可能不如Linux强大，不如Windows易用，但我从中获得的知识和经验是无价的。每当我看到“明镜”能够运行我编写的程序，能够响应我的指令时，我都会感到一种深深的满足感。
未来，我计划继续完善它，比如：
引入多任务处理： 实现用户级别的多线程，让单个程序也能并发执行。
优化调度算法： 尝试更智能的调度策略，以提高系统的整体性能和响应速度。
开发更完善的文件系统： 引入日志功能、权限管理等，使其更加健壮和安全。
设备驱动的丰富： 尝试编写更多设备的驱动程序，让它能够支持更多的硬件。
“明镜”是我个人对操作系统理解和实践的载体。它承载了我对计算世界的探索，也见证了我无数个为之奋斗的日夜。它也许永远不会成为一个商业化的产品，但对我而言，它的价值远超于此。它是我与计算机之间最直接、最纯粹的沟通桥梁。
网友意见
有操作系统，但离自制有些越来越远了。
RT-Thread，源自中国的开源物联网操作系统。最初是2006年开始的，只有一个多任务调度，多线程模式。然后逐步完善内核周边，嗯，当时弄明白了开/关中断，多线程的同步、互斥、通信就迎刃而解了。
一些使用RT-Thread的案例也可以在RT-Thread网站上找到。
技术
RT-Thread一开始是一个很简单的操作系统，因为它集成基本的多任务功能，所有的功能都通过编译器编译在一起，形成一个“可执行程序”（可执行的内核），代码都运行在内核态。这样的方式在RTOS挺普遍的，FreeRTOS是这样，早期的VxWorks也是这样。有历史原因，而技术上，RTOS比较少使用MMU（或者仅配置成1:1模式），这样也就不存在当程序或数据还未准备好时，触发缺页中断，而在中断或高优先级任务上下文中去load代码或复制数据（这个对实时性会造成致命的影响，行为没有确定性）。
这也让大多数人觉得RTOS是很简单的系统，甚至不称之为操作系统。
不过RT-Thread一直是从用户实际需求出发，希望RT-Thread能够广泛应用起来（这也是RT-Thread为什么开源的原因之一）。在实时内核的基础上，把命令行，文件系统，网络协议栈，POSIX API都增加上，形成一份基础型的平台（目前RT-Thread每次发布的，就是这样一套基础物联网操作系统平台）。这样的方式可以很紧凑，资源占用上也可以做得更棒，开发简单，容易上手，可以说这是一份典型的面向XIP执行芯片的操作系统（XIP执行，即代码直接在Flash上执行，而不类似Linux基本完全在RAM中执行）。
不过这样换个场景就会面临一定的问题：当功能多了后，这个编译在一起的内核程序也就逐渐增大。例如内核+文件系统+网络协议栈+图形UI+音频流框架+云服务接入等等，这个内核程序尺寸可能已经要超过Linux内核，在一些ARM9/11，Cortex-A处理器上有这么多功能需求是很可能的。瓶颈也随之出现：对于Cortex-A处理器，一般代码都需要在RAM上执行，而随着内核增大加载到RAM中的时间变得超长。为了这些需求，2019年以来，RT-Thread一直在做突破，首先是把内核和应用分离，同时降低内核程序的尺寸……不过完全采用微内核的架构，IPC性能将是非常大的挑战性。到2019年底再看，期待RT-Thread的新架构内核平台！
社区
一直希望大家可以一起来完善（个人的力量太渺小了），所以诞生之初就以开源的方式发展，从0，从第一行代码开始一步步发展。从google code的svn，到 github的仓库。linus大神的git真好用，原来svn要各自分别提交代码很麻烦，谁来提交，代码也很容易冲突，没法很好管理；而在git/github上，大家可以提PR上来，然后维护人可以review代码，进行评论，Request changes或Approve，让大家（开发者）可以协同起来一起开发。到现在，对RT-Thread贡献代码的开发者也超过200+。随着大家贡献代码的增多，如何维护代码始终是大问题，好在git上可以挂hook，把持续集成和自动化测试钩上，错或对，一目了然。每年RT-Thread也会有开发者大会，希望可以在会上倾听更多开发者的声音。
许可证
RT-Thread一直以开源、社区化方式发展，在这10+年的历史中，也有无数的用户把RT-Thread用于他们的产品中，到今年（2019年），使用RT-Thread的设备数量也过亿台。宽松的商业使用也反馈在源代码的许可协议中，从最初的GPLv2+许可协议，到现在的Apache License v2.0，都愈发宽松。
未来
回到问题，RT-Thread已经脱离了自制操作系统的范畴（我本人的代码提交数已经降到21%），越来越社区化。开源、开放、社区化是RT-Thread的主旋律。
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