1000行代码从零写RISC-V操作系统：多任务到Shell全实现

做嵌入式的，都知道 Linux 内核 有多大：几千万行。

但你可能不知道，Linux 0.01 版本——就是最初那个内核——只有 8413 行代码。

今天说的这个项目更狠：1000 行。

作者是日本开发者 Seiya Nuta。他写这本书的本意，是让你用一个无聊的周末从零写一个操作系统。他在 Hacker News 上说的原话：

I wrote this book so you can spend a boring weekend writing an operating system from scratch.

他管设计操作系统叫"创造你自己的世界"——你想怎么弄就怎么弄。

先说说这人是干什么的。Seiya Nuta 不止写了这一个项目：他还写过 1000 行的 hypervisor（虚拟机监控器），用 Rust 写过 Linux 兼容内核。2021 年那会儿，他的个人网站就是跑在自己写的操作系统上的。属于把操作系统当玩具玩的那类人。

这本书叫《OS in 1,000 Lines》，中文版在 1000os.seiya.me，代码在 GitHub 开源。它原本只是 Nuta 一本日文微内核专著《マイクロカーネルの設計と実装》的附录——结果一个附录，不知道把多少人带进了写操作系统的坑。

书里实现了什么

多任务、异常处理、分页、系统调用、设备驱动、文件系统、Shell，一共 7 个功能。

多任务不是单片机里 while(1) 轮流点灯那种假多任务，而是真正的进程级上下文切换：寄存器保存、恢复、完整的切换流程。

分页用的是 RISC-V 的 Sv32 两级页表，每个进程有独立的地址空间。PAGE_U 标志位负责管着用户代码能不能碰内核的地盘。

设备驱动是 virtio-blk 磁盘驱动，512 字节一个扇区。文件系统更取巧，直接解析 tar 格式。Shell 就是给人敲命令用的。

7 大功能：多任务 / 异常处理 / 分页 / 系统调用 / 设备驱动 / 文件系统 / Shell。

这 1000 行怎么分的？大致如下：启动和串口输出 60 行，内存管理 130 行，进程调度 120 行，系统调用 60 行，磁盘驱动 100 行，文件系统 120 行，Shell 110 行。每一块代码一屏就能看完。

作者刻意没把项目做成一个迷你 UNIX，只留最核心的部分。他的原话是：想想你的 OS 跟 Linux、Windows 差在哪，本身就是件有意思的事。

它没实现什么，才是最有意思的部分

不处理中断，改成轮询——定期检查设备有没有新数据。做裸机的朋友应该很熟悉这个词：忙等待。

不做抢占式多任务。进程自己觉得该让就让，主动让出 CPU，这叫协作式多任务。

不做进程间通信，管道、socket、共享内存统统没有。

不支持多核，就单核。

把这四块最难啃的骨头砍掉，剩下的就是操作系统最核心的骨架。轮询是基本功，中断是进阶门槛。这个项目故意用轮询，就是让你先把内核到底在干什么看清楚。协作式多任务搞明白了，抢占式无非是外面加个定时器中断的事。

砍掉的 4 块：中断 / 抢占 / IPC / 多核，每一块都对应了一个简单的替代方案。

一个特别有共鸣的点

书里有句话我看了很有感触：

"在实现 printf 之前，你是没有办法用 printf 来调试的。"

搞嵌入式的都懂。开发板上调程序，第一步是先点亮 LED、先跑通串口。串口一通，printf 有了，后面才好干活。没有 printf 的日子，只能靠点灯、靠逻辑分析仪、靠盯着波形硬猜。

Nuta 写操作系统也一样：printf 排在很后面才实现。在那之前，调试靠 QEMU 的指令跟踪、GDB 断点，还有 wfi 指令把 CPU 停住看状态。最原始的工具，调试最底层的东西。等 printf 终于跑起来，那个函数才 40 行，后面的开发就像开了挂。

整个项目就 11 个文件

kernel.c 一个文件，把进程管理、系统调用、设备驱动、文件系统全包了。

还有两个链接脚本：kernel.ld 和 user.ld。看到 .ld 这个后缀，写过单片机工程的应该会心一笑——这不就是 STM32 工程里那个链接脚本吗？指定内存布局、段放哪、堆栈在哪。写了这么多年单片机，没想过一个操作系统的内存布局，也是用同一个东西定义的。

书里还专门提醒了一句：这里的 user 是"应用程序"的意思，别跟"用户账户"搞混。我第一眼看到 user.ld 也在想，用户是谁？哈哈。

两个世界：kernel.ld 管内核布局（M/S 模式），user.ld 管用户程序布局（U 模式），中间靠系统调用（ecall）连接。

跑起来是什么样

QEMU 启动，OpenSBI 固件的日志刷出来，加载文件系统，然后 Shell 在那里等着你下命令。你敲 hello，它回你 Hello world from shell!。整个链路——启动、解析文件系统、创建进程、特权级切换、系统调用、输出——全是你自己写的那 1000 行在干活。

有人已经把它移植到真硬件上跑了：一颗 25 美元的 Allwinner D1，RISC-V 芯片，改一下 MMU 代码就跑起来了。你写的那 1000 行，真的能在一颗真实的芯片上跑起来。

最后说两句

Linux 最开始，也只是 Linus 拿业余时间一点点写出来的东西。0.01 版本 8413 行，跟你自己的项目一样大。Nuta 把操作系统拆到 1000 行给你看，意思很明白：这东西没那么神秘，你天天调的内核，最核心的零件就这些。

有兴趣的直接去翻。GitHub 搜 operating-system-in-1000-lines，书在 1000os.seiya.me，有中文版，跟着走一个周末差不多能写完。

操作系统没那么神秘。它最开始，也就是一个人拿业余时间写出来的东西。

动手吧。如果你也在折腾这些看似硬核的底层项目，或者想找同路人聊聊，云栈社区 上有一群和你一样的人。