一个以安全为先的微内核操作系统，使用 Rust 编写，面向 x86_64 架构。
设计原则： 安全性 > 效率 > 速度
Zero-OS 是一个企业级微内核，灵感来自 Linux 的模块化设计，具有以下特性：
- 内存安全：完全使用 Rust 编写，配合硬件保护（NX、W^X）
- 进程隔离：每进程独立地址空间，支持 COW（写时复制）
- 抢占式调度：多级反馈队列，基于优先级选择
- 基于能力的 IPC：进程间通信的细粒度访问控制
- 安全加固：W^X 强制执行、恒等映射清理、CSPRNG（ChaCha20）
| 组件 | 状态 | 描述 |
|---|---|---|
| 启动和内存 | 完成 | UEFI 启动、COW、守护页、伙伴分配器 |
| 进程管理 | 完成 | 每进程地址空间、fork/exec/wait |
| 调度器 | 完成 | IRQ 安全的 MLFQ、抢占式调度 |
| IPC | 完成 | 管道、消息队列、futex、信号 |
| 安全 | Phase 6 | W^X、RNG、23 轮审计（全部修复） |
| VFS | 完成 | 基础 VFS，stdin/stdout，阻塞 I/O |
| 用户模式 (Ring 3) | 完成 | SYSCALL/SYSRET、50+ 系统调用、Shell |
| 网络 | 未开始 | - |
| SMP | 基础设施 | Per-CPU 数据、TLB shootdown 占位符 |
Zero-OS/
├── bootloader/ # UEFI 引导加载程序
│ └── src/main.rs # ELF 加载器、页表设置
├── kernel/ # 内核工作区
│ ├── arch/ # x86_64 架构代码
│ │ ├── interrupts.rs # IDT、异常处理、PIC
│ │ ├── context_switch.rs # 完整上下文保存/恢复
│ │ ├── syscall.rs # SYSCALL/SYSRET 入口（per-CPU）
│ │ └── gdt.rs # 用户-内核转换的 GDT/TSS
│ ├── mm/ # 内存管理
│ │ ├── memory.rs # 堆分配器、帧分配器
│ │ ├── buddy_allocator.rs # 物理页分配器
│ │ ├── page_table.rs # 页表管理器
│ │ └── tlb_shootdown.rs # TLB 失效（SMP 就绪）
│ ├── sched/ # 调度器
│ │ ├── scheduler.rs # 基础轮转调度
│ │ └── enhanced_scheduler.rs # 带优先级的 MLFQ
│ ├── ipc/ # 进程间通信
│ │ ├── ipc.rs # 基于能力的端点
│ │ ├── pipe.rs # 匿名管道
│ │ ├── futex.rs # 用户空间快速互斥锁
│ │ └── sync.rs # WaitQueue、KMutex、Semaphore
│ ├── drivers/ # 设备驱动
│ │ ├── vga_buffer.rs # VGA 文本模式 / GOP 帧缓冲
│ │ ├── serial.rs # UART 16550
│ │ └── keyboard.rs # PS/2 键盘（带等待队列）
│ ├── kernel_core/ # 核心内核
│ │ ├── process.rs # PCB、进程表
│ │ ├── fork.rs # 带 COW + TLB shootdown 的 Fork
│ │ ├── syscall.rs # 50+ 系统调用
│ │ ├── signal.rs # POSIX 信号
│ │ └── elf_loader.rs # ELF 二进制加载
│ ├── security/ # 安全加固
│ │ ├── wxorx.rs # W^X 策略验证
│ │ ├── memory_hardening.rs # 恒等映射清理、NX
│ │ └── rng.rs # RDRAND/RDSEED、ChaCha20 CSPRNG
│ ├── cpu_local/ # Per-CPU 数据结构
│ ├── src/main.rs # 内核入口点
│ └── kernel.ld # 链接脚本
├── userspace/ # 用户空间程序
│ └── src/
│ ├── shell.rs # 交互式 Shell
│ └── syscall.rs # 系统调用封装
└── Makefile # 构建系统
- UEFI 引导加载程序从 ESP 加载
kernel.elf - 设置 4 级分页，使用 2MB 大页：
- 恒等映射前 4GB 用于硬件访问
- 高半区内核映射到
0xFFFFFFFF80000000
- 内核入口点在
0xFFFFFFFF80100000
- 伙伴分配器：物理页分配与合并
- LockedHeap：线程安全的内核堆
- COW（写时复制）：高效的 fork，共享页面
- 守护页：栈溢出保护
- 页面清零：防止信息泄露
- PCB：进程控制块，176 字节上下文
- 每进程地址空间：上下文切换时切换 CR3
- Fork：完整的 COW 实现，带引用计数
- Exec：ELF 加载器，支持参数传递
- Wait/Exit：父子进程同步，僵尸进程清理
- 多级反馈队列：基于优先级选择
- 时间片：自动优先级调整
- IRQ 安全：所有操作使用
without_interrupts包装 - NEED_RESCHED：中断上下文中的延迟调度
- 消息队列：基于能力的端点访问
- 管道：带阻塞 I/O 的匿名管道
- Futex：用户空间快速互斥锁
- 信号：类 POSIX 信号处理（SIGKILL、SIGSTOP、SIGCONT 等）
- W^X 强制执行：验证没有页面同时可写和可执行
- 恒等映射加固：启动后移除可写标志
- NX 强制执行：数据页设置不可执行位
- CSPRNG：基于 ChaCha20 的 RNG，由 RDRAND/RDSEED 提供种子
- TLB Shootdown：跨 CPU TLB 失效基础设施（SMP 就绪）
- Per-CPU 数据：每 CPU 独立的系统调用临时栈
- SYSCALL/SYSRET：通过 MSR 配置的快速系统调用入口
- 50+ 系统调用：fork、exec、read、write、mmap、munmap 等
- 用户-内核隔离：独立地址空间，SMAP 就绪的安全检查
- 交互式 Shell：带阻塞 I/O 的命令行界面
- FPU/SIMD 支持：FXSAVE64/FXRSTOR64 状态保存
- Rust nightly，带
rust-src和llvm-tools-preview - 带 OVMF 的 QEMU（UEFI 启动）
- GNU Make
# 构建所有组件
make build
# 构建并在 QEMU 中运行（图形界面）
make run
# 串口输出到终端
make run-serial
# 使用 GDB 调试（连接到 :1234）
make debug
# 清理构建产物
make clean在 QEMU 中启用 RDRAND/RDSEED 支持：
qemu-system-x86_64 -cpu host -enable-kvm ...
# 或使用支持 RDRAND 的 CPU 型号：
qemu-system-x86_64 -cpu Haswell ...项目已经过 23 轮安全审计：
| 指标 | 数值 |
|---|---|
| 发现的问题总数 | 82+ |
| 已修复问题 | 100% |
| 最新审计 | 第 23 轮 (2025-12-19) |
- R23-1：COW TLB shootdown 基础设施（SMP 就绪）
- R23-2：Per-CPU 系统调用临时栈
- R23-3：两阶段 munmap 与 TLB 失效
- R23-4/R23-5：阻塞式 stdin 实现
- UEFI 启动与 ELF 加载
- 内存管理（堆、伙伴分配器、COW）
- 进程管理（fork、exec、wait、exit）
- 抢占式调度器（MLFQ）
- IPC（管道、消息队列、futex、信号）
- 安全加固（W^X、NX、CSPRNG）
- 用户模式（Ring 3）与 SYSCALL/SYSRET
- VFS 与阻塞式 stdin/stdout
- 23 轮安全审计全部完成
- SMP 基础（per-CPU 数据、TLB shootdown 基础设施）
- 基于 IPI 的 TLB 失效
- 能力框架
- MAC/LSM 安全钩子
- 带防火墙的网络栈
- 完整 SMP（多核调度）
- 容器/命名空间隔离
完整的企业安全路线图请参见 roadmap-enterprise.md。
- 所有更改需要代码审查
- 提交前运行
make build - 新功能需要更新文档
- Bug 修复应包含回归测试
本项目用于教育和研究目的。