核心觀念
作業系統本質是管理硬體資源、提供抽象介面給應用程式的系統軟體。開發流程對應硬體啟動與軟體分層：
1. 硬體啟動流程
- BIOS/UEFI：上電自檢 (POST)，載入啟動裝置第一磁區 (MBR/GPT)。
- Bootloader (GRUB, systemd-boot, Windows Boot Manager)：切換到保護模式/長模式，載入核心映像至記憶體，傳遞啟動參數。
- Kernel Entry：組語入口點 (
_start) 設定分頁、堆疊、中斷描述表 (IDT)、全域描述表 (GDT)，呼叫 C/C++ kernel_main()。
2. 核心子系統（系統級程式設計核心）
對應 Intel 手冊「系統程式設計」卷：
- 記憶體管理：分頁/分段、虛擬記憶體、頁框配置、缺頁中斷、Copy-on-Write。
- 程序/執行緒管理：PCB/TCB、排程器 (CFS, O(1), 實時)、上下文切換、同步原語。
- 中斷與異常：IDT、ISR、APIC、系統呼叫入口 (syscall/sysenter/int 0x80)。
- 裝置驅動：字元/區塊/網路裝置模型、中斷處理、DMA、驅動框架。
- 檔案系統：VFS 抽象、inode、目錄項、日誌、掛載點。
- 安全與保護：Ring 0/3、Capabilities、SELinux/AppArmor、記憶體保護金鑰。
3. 使用者空間支援
- C Library (glibc, musl)：系統呼叫封裝、標準 I/O、執行緒庫。
- 動態連結器 (ld.so)：共享庫載入、符號解析。
- Init 系統 (systemd, OpenRC)：服務管理、依賴解析、啟動協調。
- Shell & Utilities：使用者互動入口。
4. 學習路徑建議
- 研讀 Intel SDM Volume 3 (System Programming)：分頁、中斷、任務切換、MSR。
- 實作 迷你核心：Bootloader → 保護模式 → 分頁 → 中斷 → 系統呼叫 → 使用者程式。
- 參考開源核心：xv6 (教學)、Linux Kernel (生產級)、FreeRTOS (嵌入式)。
- 閱讀經典著作：《Operating Systems: Three Easy Pieces》、《Modern Operating Systems》、《深入理解 Linux 核心》。
常見誤區
「OS 只是寫檔案系統、把東西寫進開機磁區。」
檔案系統只是眾多子系統之一；開機磁區只是載入核心的手段。核心難點在於並發、記憶體隔離、硬體抽象、即時性的正確性與效能平衡。
