一个功能完整的 x86 微内核操作系统，从零开始用 C 和汇编语言编写。
VROS 是一个教学性质的微内核操作系统，实现了现代操作系统的核心功能。最重要的是，它展示了真正的微内核架构，包括 IPC（进程间通信）、用户空间驱动 和 网络协议栈。
- ✅ 基于消息传递的IPC - 微内核的核心
- ✅ 命名端口 - 服务发现机制（
"service_name"） - ✅ 阻塞/非阻塞接收 -
ipc_recv()/ipc_try_recv() - ✅ 消息队列 - 每端口16条消息缓冲
- ✅ IPC统计 - 实时监控消息传递
- ✅ 发送者端口追踪 - 支持请求-响应模式
系统调用：
int ipc_create_port() // 创建端口
int ipc_create_named_port(name) // 创建命名端口
int ipc_find_port(name) // 查找端口
int ipc_send(port, type, data, size) // 发送消息
int ipc_recv(port, msg) // 接收消息（阻塞）
int ipc_try_recv(port, msg) // 接收消息（非阻塞）
int ipc_destroy_port(port) // 销毁端口- ✅ 驱动运行在用户空间（Ring 3） - 不在内核中！
- ✅ 驱动崩溃不影响系统 - 完全隔离
- ✅ 通过IPC通信 - 所有驱动<->应用通信通过消息传递
- ✅ I/O端口权限系统 - IOPB in TSS，用户空间I/O访问
- ✅ IRQ到IPC桥接 - 中断通过IPC传递到用户空间
- ✅ 自动启动 - 驱动随系统启动
- ✅ 配置化管理 -
driver_config.c集中管理驱动启用/禁用
已实现的用户空间驱动和服务：
- ATA/IDE磁盘驱动 (
ata_driver) - 完全在用户空间 ✅ - NE2000网络驱动 (
ne2000_driver) - 完全在用户空间 ✅ - 网络协议栈 (
netstack) - ARP/IP/ICMP协议栈运行在用户空间！✅ - 键盘驱动演示 (
kbd_driver) - 演示驱动-客户端通信
- ✅ ATA/IDE驱动 - PIO模式，支持LBA寻址
- ✅ 块设备抽象层 - 统一的块设备接口
- ✅ VRFS文件系统 - VR Operating System File System
- 超级块 + inode表 + 数据块
- 位图管理（inode和数据块）
- 目录支持（
mkdir/rmdir）
- ✅ 挂载系统 - 支持多文件系统挂载
- ✅ 持久化文件 - 重启后数据保留
- ✅ 自动挂载 - 启动时自动挂载
/mnt
- ✅ NE2000网卡驱动 - ISA网卡支持（用户空间）
- ✅ MAC地址读取 - 从PROM或PAR寄存器
- ✅ 数据包发送/接收 - 基础网络I/O
- ✅ 网络协议栈 - 完全在Ring 3运行
- ARP 协议和缓存管理
- IP 数据包处理
- ICMP (ping) 支持
- 通过 IPC 与驱动和应用通信
- ✅ 微内核架构 - 网络栈崩溃不影响系统
- ✅ 清洁实现 - 无调试输出，生产级代码质量
- ✅ Multiboot 兼容 - 可通过 GRUB 启动
- ✅ GDT/IDT - 完整的段描述符和中断描述符表
- ✅ 中断处理 - 异常处理、硬件中断（PIC）
- ✅ VGA 文本显示 - 80x25 文本模式，硬件光标，屏幕滚动
- ✅ 键盘驱动 - 扫描码处理，Shift/CapsLock 支持
- ✅ 物理内存管理器（PMM） - 位图分配算法
- ✅ 虚拟内存管理器（VMM） - 二级页表，按需分页
- ✅ 内核堆分配器 - kmalloc/kfree，首次适配算法
- ✅ 页表复制 - 支持进程独立地址空间
- ✅ 多任务调度 - 轮转调度算法（Round-Robin）
- ✅ 上下文切换 - 完整的寄存器状态保存/恢复
- ✅ 进程树 - 父子关系、兄弟进程
- ✅ 进程状态 - READY, RUNNING, BLOCKED, ZOMBIE, SLEEPING
- ✅ 进程统计 - CPU时间、上下文切换计数
- ✅ fork/exec - 完整的进程创建和程序执行
- ✅ sleep/wake - 进程休眠和唤醒机制
进程管理：
sys_exit(status) // 退出进程
sys_getpid() // 获取进程ID
sys_yield() // 让出CPU
sys_fork() // 复制进程
sys_waitpid(pid, status) // 等待子进程退出
sys_execve(path, argv, envp) // 加载并执行新程序I/O：
sys_read(fd, buf, count) // 读取数据
sys_write(fd, buf, count) // 写入数据IPC：
sys_ipc_create_port() // 创建IPC端口
sys_ipc_create_named_port(name) // 创建命名端口
sys_ipc_find_port(name) // 查找命名端口
sys_ipc_destroy_port(port) // 销毁端口
sys_ipc_send(port, type, data, size) // 发送消息
sys_ipc_recv(port, msg) // 接收消息（阻塞）
sys_ipc_try_recv(port, msg) // 接收消息（非阻塞）用户空间驱动支持：
sys_request_io_port(start, end) // 请求I/O端口权限
sys_register_irq_handler(irq, port) // 注册IRQ到IPC端口- ✅ VFS层 - 统一的文件系统接口
- ✅ ramfs - 内存文件系统，支持目录
- ✅ procfs - 进程信息文件系统（
/proc）/proc/uptime- 系统运行时间/proc/meminfo- 内存信息/proc/tasks- 进程列表
- ✅ devfs - 设备文件系统（
/dev）/dev/null- 黑洞设备/dev/zero- 零设备/dev/random- 随机数设备
- ✅ VRFS - 持久化文件系统（磁盘）
- 支持文件和目录
- 自动挂载到
/mnt
- ✅ 挂载系统 - 支持多挂载点
基础命令：
help- 显示所有可用命令clear- 清屏mem- 显示内存使用情况ps- 显示进程列表
文件系统：
ls [path]- 列出目录内容cd <path>- 切换目录cat <file>- 显示文件内容touch <file>- 创建空文件write <file> <text>- 写入文件rm <file>- 删除文件mkdir <dir>- 创建目录rmdir <dir>- 删除目录
存储管理：
lsblk- 列出块设备mkfs <device>- 格式化文件系统mount [device] [path]- 挂载或查看挂载点umount <path>- 卸载文件系统
进程管理：
syscall- 测试系统调用usertest- 用户模式测试forktest- fork系统调用测试exectest- exec系统调用测试
IPC测试：
ipctest- IPC消息传递测试ipcstop- 停止IPC测试任务ipcinfo- 显示IPC统计信息
驱动测试：
drvtest- 用户空间驱动测试drvstop- 停止驱动测试atadrv- 启动ATA驱动blktest- 块设备IPC测试atatest- ATA读写测试
网络：
ifconfig- 显示网络配置nettest- 网络设备测试netdrv- 启动NE2000驱动net2ktest- NE2000驱动测试netstacktest- 网络协议栈测试arp- 显示ARP缓存ping <ip>- 发送ICMP Echo请求
- GCC (32-bit support)
- NASM/AS
- QEMU
- GNU Make
# 编译
make
# 运行（QEMU用户模式网络）
make run
# 运行（TAP网络）
sudo ./setup-tap.sh
make run-tap
# 清理
make clean# 1. 启动系统（按任意键进入shell）
make run
# 2. 查看帮助
help
# 3. 查看进程
ps
# 4. 测试文件系统
ls /
ls /proc
ls /dev
# 5. 创建持久化文件
cd /mnt
touch hello.txt
write hello.txt "Hello, VROS!"
cat hello.txt
# 6. 测试网络（查看配置）
ifconfig
# 7. 查看IPC统计
ipcinfovros/
├── src/
│ ├── boot/ # 启动代码
│ ├── kernel/ # 内核核心
│ │ ├── kernel.c # 主内核代码
│ │ ├── idt.c # 中断描述符表
│ │ ├── isr.c # 中断服务程序
│ │ ├── syscall.c # 系统调用处理
│ │ ├── task.c # 进程管理
│ │ ├── ipc.c # IPC实现
│ │ └── driver_config.c # 驱动配置
│ ├── mm/ # 内存管理
│ │ ├── pmm.c # 物理内存管理
│ │ ├── paging.c # 虚拟内存管理
│ │ └── kmalloc.c # 内核堆分配器
│ ├── fs/ # 文件系统
│ │ ├── vfs.c # 虚拟文件系统
│ │ ├── ramfs.c # 内存文件系统
│ │ ├── procfs.c # 进程文件系统
│ │ ├── devfs.c # 设备文件系统
│ │ ├── vrfs.c # VRFS持久化文件系统
│ │ └── mount.c # 挂载管理
│ ├── drivers/ # 内核驱动（最小化）
│ │ ├── keyboard.c # 键盘驱动
│ │ ├── ata.c # ATA初始化
│ │ └── ne2000.c # NE2000初始化
│ ├── lib/ # 用户空间驱动和程序
│ │ ├── shell.c # 命令行shell
│ │ ├── ata_driver.c # 用户空间ATA驱动
│ │ ├── ne2000_driver.c # 用户空间NE2000驱动
│ │ └── netstack_driver.c # 用户空间网络协议栈
│ └── include/ # 头文件
│ ├── ipc.h
│ ├── socket_ipc.h
│ ├── driver_config.h
│ └── ...
├── Makefile
├── linker.ld
└── README.md
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ 用户空间（Ring 3） │
├─────────────────────────────────────────────────┤
│ 应用程序 Shell 用户程序 │
│ │ │ │ │
│ └───────────────┴───────────────┘ │
│ │ IPC │
│ ┌───────────────┴───────────────┐ │
│ │ 网络协议栈 (netstack) │ │
│ │ ARP / IP / ICMP / TCP / UDP │ │
│ └───────────────┬───────────────┘ │
│ │ IPC │
│ ┌───────────────┴───────────────┐ │
│ │ ATA驱动 │ NE2000驱动 │ │
│ │ (ata_driver) │(ne2000_driver) │ │
│ └──────┬───────┴───────┬────────┘ │
│ │ IOPB │ IOPB │
├────────────┼───────────────┼────────────────────┤
│ 内核空间（Ring 0）- 最小化 │
├────────────┼───────────────┼────────────────────┤
│ [调度器] [IPC] [内存] [VFS] [初始化] │
│ │ │ │
│ ┌──────┴───────┐ ┌─────┴──────┐ │
│ │ ATA硬件初始化│ │NE2000初始化│ │
│ └──────┬───────┘ └─────┬──────┘ │
└────────────┼───────────────┼────────────────────┘
│ │
┌────┴────┐ ┌────┴─────┐
│ ATA硬件 │ │NE2000硬件│
└─────────┘ └──────────┘
应用程序 网络协议栈 NE2000驱动
│ │ │
├─ ipc_send() ─────────>│ │
│ (type=2, data) │ │
│ ├─ 处理请求 │
│ ├─ 构造以太网帧 │
│ ├─ ipc_send() ─────────>│
│ │ (type=2, frame) │
│ │ ├─ 发送到硬件
│ │ ├─ outw(dataport)
│ │ │
│ │ ├─ 轮询接收
│ │ ├─ inb(ISR)
│ │ ├─ 读取数据包
│ │<─ ipc_send() ─────────┤
│ │ (type=1, packet) │
│ ├─ 处理数据包 │
│<─ ipc_send() ─────────┤ │
│ (response) │ │
- 驱动运行在用户空间，不在内核
- 内核只提供最基础的服务（调度、IPC、内存、VFS）
- 驱动崩溃不会导致系统崩溃
- 消息传递机制
- 命名端口服务发现
- 阻塞/非阻塞接收
- 请求-响应模式支持
- I/O Permission Bitmap (IOPB) in TSS
- 用户进程可直接访问授权的I/O端口
- 保持隔离性和安全性
- 完整的ARP/IP/ICMP实现
- 运行在Ring 3
- 通过IPC与驱动通信
- 可以独立崩溃和重启
- 真实的磁盘文件系统（VRFS）
- 支持文件和目录
- 重启后数据保留
- 移除所有调试输出
- 生产级代码质量
- 良好的模块化设计
- 编译器: GCC 32-bit
- 汇编器: GNU AS
- 链接器: GNU LD
- 模拟器: QEMU
- 构建工具: GNU Make
- 调试: GDB (可选)
- 代码行数: ~15,000+ 行 C/Assembly
- 系统调用: 16个
- 支持的文件系统: 4个（ramfs, procfs, devfs, vrfs）
- 用户空间驱动: 3个（ATA, NE2000, netstack）
- Shell命令: 30+个
- 内核大小: ~300KB
这个项目展示了以下重要概念：
- 微内核架构 - 真正的微内核设计，而不是宏内核
- IPC机制 - 进程间通信的实现
- 用户空间驱动 - 驱动在用户空间运行
- 网络协议栈 - TCP/IP协议栈实现
- 虚拟内存 - 分页、页表、地址转换
- 进程调度 - 多任务和上下文切换
- 文件系统 - VFS和具体文件系统实现
- 持久化存储 - 磁盘驱动和文件系统
- x86保护模式 - Ring 0/3, GDT, IDT, TSS
- 硬件编程 - 直接操作硬件寄存器
如果网络不工作：
- 确保使用了正确的QEMU网络配置
- 对于ICMP ping，使用
-net user,restrict=no - 或使用TAP网络：
sudo ./setup-tap.sh && make run-tap
如果文件系统无法挂载：
- 运行
mkfs hda格式化磁盘 - 运行
mount hda /mnt手动挂载 - 检查
lsblk确认设备存在
如果驱动未启动：
- 检查
ps命令查看驱动进程 - 检查
src/kernel/driver_config.c中的驱动配置 - 查看启动时的输出信息
- OSDev Wiki
- Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual
- xv6: a simple, Unix-like teaching operating system
- Minix 3 - 微内核设计参考
此项目仅用于教育目的。
感谢所有操作系统开发社区的贡献者，特别是OSDev Wiki的维护者们。
VROS - 从零开始构建真正的微内核操作系统！ 🚀