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オペレーティングシステムの探索：Cでの69日間の深いダイビング実装

概要

このリポジトリは、オペレーティングシステムの概念を介した旅であり、Cで実用的な実装を使用して、毎日特定のトピックに焦点を当てており、理論的理解と実践的なコーディングエクスペリエンスを提供します。

リポジトリ構造

• 各トピックには独自のディレクトリがあります
• ソースコード、説明、および実装の詳細が含まれています
• 基本的なOSの概念から高度なOSの概念への進歩的な学習パス

69日間の探査ロードマップ

日	トピック	コンセプトカテゴリ	難易度	実装フォーカス
1	プロセスの概念	プロセス	簡単	プロセス定義
2	状態と移行を処理します	プロセス	中くらい	状態図の実装
3	プロセス作成メカニズム	プロセス	中くらい	fork（）、exec（）syscalls
4	基本のスケジューリングをプロセスします	スケジューリング	中くらい	FCFSアルゴリズム
5	スケジューリングアルゴリズム	スケジューリング	難しい	SJF、優先度、ラウンドロビン
6	コンテキストスイッチング	プロセス	難しい	実装の詳細
7	スレッドの概念	スレッド	簡単	基本的な理解をスレッド
8	スレッドの作成と管理	スレッド	中くらい	Posixスレッド
9	スレッドとプロセス比較	スレッド	中くらい	比較分析
10	マルチスレッドモデル	スレッド	難しい	ユーザーとカーネルスレッド
11	並行性の基礎	同期	中くらい	人種条件
12	ミューテックスとセマフォ	同期	難しい	実装
13	デッドロックの概念	同期	難しい	予防戦略
14	デッドロック検出アルゴリズム	同期	難しい	銀行家のアルゴリズム
15	メモリ管理の概要	メモリ	簡単	メモリ階層
16	論理と物理アドレス	メモリ	中くらい	アドレス変換
17	隣接するメモリ割り当て	メモリ	中くらい	割り当て戦略
18	ページングメカニズム	メモリ	難しい	ページテーブルの実装
19	ページ交換アルゴリズム	メモリ	難しい	FIFO、LRU、最適
20	セグメンテーション	メモリ	中くらい	セグメントテーブル
21	仮想メモリの概念	メモリ	難しい	需要ページング
22	メモリ割り当て内部（malloc、free）	メモリ管理	難しい	カスタムメモリアロケーター
23	動的メモリ管理手法	メモリ管理	難しい	メモリプール戦略
24	ファイルシステムの基本	ファイルシステム	簡単	ファイルの概念
25	ファイルシステム構造	ファイルシステム	中くらい	ディレクトリ構造
26	ファイル割り当て方法	ファイルシステム	中くらい	隣接する、リンク
27	空き宇宙管理	ファイルシステム	難しい	ビットベクトル、リンクリスト
28	ファイル保護メカニズム	ファイルシステム	中くらい	アクセス制御
29	I/Oシステム管理	I/Oシステム	中くらい	I/Oデバイス
30	ディスクスケジューリングアルゴリズム	I/Oシステム	難しい	スキャン、C-Scan
31	割り込み処理	低レベル	難しい	割り込みベクター
32	高度なシステムコール実装	低レベルのプログラミング	難しい	Syscallラッパーデザイン
33	高度なシステムコールトレース	低レベル	難しい	syscallインターセプト
34	カーネルモジュール開発	低レベル	難しい	ロード可能なカーネルモジュール
35	インタープロセス通信	IPC	難しい	パイプ、メッセージキュー
36	共有メモリが上昇しました	IPC	難しい	低レベルの共有メモリ
37	ソケットプログラミングディープダイビング	ネットワーキング	難しい	生のソケットの実装
38	CPUスケジューリングAdvanced	スケジューリング	難しい	マルチレベルのキュー
39	リアルタイムオペレーティングシステムの内部	専門	難しい	RTOSカーネルデザイン
40	Linuxカーネルメモリ管理	カーネル	難しい	スラブアロケーター
41	プロセス同期は高度になりました	同期	難しい	ピーターソンのアルゴリズム
42	リソース割り当てグラフ理論	同期	難しい	デッドロック表現
43	メモリの断片化手法	メモリ	中くらい	高度な断片化
44	キャッシュ管理の内部	メモリ	難しい	一貫性をキャッシュします
45	ファイルシステムジャーナリング	ファイルシステム	難しい	トランザクションメカニズム
46	デバイスドライバーの開発	低レベル	難しい	キャラクターデバイスドライバー
47	セキュリティメカニズムの実装	安全	難しい	アクセス制御カーネル
48	シミュレーターのスケジューリングをプロセスします	スケジューリング	難しい	包括的なシミュレーター
49	ネットワークファイルシステムの内部	ファイルシステム	難しい	分散FS設計
50	カーネルメカニズムのエラー処理	低レベル	難しい	例外管理
51	仮想メモリハイパーバイザー	高度な	難しい	仮想化技術
52	分散OSアルゴリズム	高度な	難しい	コンセンサスプロトコル
53	組み込みOSカーネルデザイン	専門	難しい	最小カーネル
54	マイクロカーネル高度な設計	建築	難しい	メッセージの合格
55	OSパフォーマンスプロファイリング	高度な	難しい	カーネルトレース
56	並列処理プリミティブ	高度な	難しい	低レベルの並列性
57	フォールトトレランスメカニズム	高度な	難しい	回復技術
58	高度な負荷分散	高度な	難しい	スケジューリング戦略
59	コンテナ化内部	高度な	難しい	名前空間の実装
60	カーネル同期プリミティブ	高度な	難しい	スピンロック、RCU
61	セキュリティの脆弱性分析	安全	難しい	バッファオーバーフロー
62	暗号化カーネルメカニズム	安全	難しい	暗号化プリミティブ
63	マルウェア検出手法	安全	難しい	カーネルレベルの検出
64	OSフォレンジックディープダイビング	安全	難しい	カーネルトレース分析
65	メモリアロケーター設計	メモリ	難しい	カスタムヒープの実装
66	高度なIPCメカニズム	IPC	難しい	高度なシグナル伝達
67	カーネルデバッグ技術	低レベル	難しい	カーネルクラッシュ分析
68	高度なSyscall処理	低レベル	難しい	Syscallの最適化
69	完全なOSカーネルプロトタイプ	プロジェクト	難しい	最小限のブート可能なカーネル

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最終プロジェクト

各プロジェクトは3日間にわたり、詳細な調査と実装が可能になります。

1. 最小限の起動可能なカーネルを構築します

   • 画面にメッセージを起動および印刷するシンプルなカーネルを作成します。

2. カスタムメモリアロケーターを実装します

   • malloc、free、およびrealloc機能を備えたメモリアロケーターを設計および実装します。

3. ファイルシステムシミュレーターを開発します

   • ディレクトリ構造、ファイル割り当て、および空き宇宙管理を備えた基本ファイルシステムをシミュレートします。

4. プロセススケジューリングシミュレーターを作成します

   • FCF、SJF、ラウンドロビンなどのさまざまなスケジューリングアルゴリズムのシミュレーターを実装します。

5. 仮想メモリマネージャーを設計します

   • ページングとページの交換アルゴリズムを備えた仮想メモリマネージャーを構築します。

6. 読み込み可能なカーネルモジュールを開発します

   • Linuxカーネルと対話し、特定のタスクを実行するカーネルモジュールを作成します。

7. ネットワークファイルシステムを実装します

   • クライアントサーバー通信を備えた基本的な分散ファイルシステムを作成します。

8. リアルタイムオペレーティングシステムカーネルを構築します

   • タスクスケジューリングと同期プリミティブを使用して、最小限のRTOSカーネルを設計します。

貢献

• 詳細なコードの実装を歓迎します
• コーディング基準に従ってください
• 包括的なドキュメントを含めます

学習目標

• オペレーティングシステムの原則の深い理解
• 実用的なプログラミングスキル
• 現実世界の問題解決技術

前提条件

• Cプログラミング
• ディープコンピューターサイエンスの知識
• Linux/Unixカーネルの理解をお勧めします

ライセンス

ライセンス

免責事項

これは、詳細な実装を通じてオペレーティングシステムを理解するための高度な教育リソースです。