::::::::::: ::::::::  :::    ::: ::::::::::: ::::::::   ::::::::
     :+:    :+:    :+: :+:   :+:      :+:    :+:    :+: :+:    :+:
    +:+    +:+    +:+ +:+  +:+       +:+    +:+    +:+ +:+        
   +#+    +#+    +:+ +#++:++        +#+    +#+    +:+ +#++:++#++  
  +#+    +#+    +#+ +#+  +#+       +#+    +#+    +#+        +#+   
 #+#    #+#    #+# #+#   #+#      #+#    #+#    #+# #+#    #+#    
###     ########  ###    ### ########### ########   ########       

---

一个 x86 内核。大一学生写的。跑在 QEMU 上，还没上真机。

MVP 目标：最小内核（~10k 行 C）+ 丰富的中文 Shell。

📐 架构详解见 ARCHITECTURE.md — 文件职责、调用链、数据流、常见坑。

当前状态

分页开着。Ring 3 用户态跑 .tk 程序。int 0x80 系统调用 13 个。TokiFS v0.2 — 16 槽，1MB RAM 盘，删除紧凑回收。14 个 shell 命令。多用户认证（SHA-256 + /etc/passwd，最多 8 用户，输错 3 次冻结 30 秒）。TSS IOPB 已设，syscall 号边界已检查。

TokiOS booted.
[auth] new system -- creating tokisora (pass: tokisora)

TokiOS> login tokisora tokisora
login ok -- hello, tokisora

TokiOS> run shell.tk
TokiOS Shell> ls
  shell.tk
TokiOS Shell> exit

TokiOS>

内核 12 个 C 文件、8 个头文件、1 个汇编、1 个链接脚本，约 1100 行 C + 220 行 ASM。

工具：tools/gen_tk.py（234 行），两遍汇编器，rel8 跳转回填、绝对地址嵌入、字符串缓冲，生成 kernel.c 里的 shell_code[]。

命令

命令	效果
ls	列出 TFS 文件
run <file>	加载并运行 .tk（ring 3）
cat <file>	打印文件内容
touch <file>	新建空文件
rm <file>	删除文件
clear	清屏
info	CR0 / CR2 / CR3
help	列出命令
login <user> <pass>	登录
logout	注销
whoami	当前用户
passwd <new>	改密码
useradd <u> <p>	新建用户（最多 8 个）
crash	触发 #DE 测试异常处理器

系统调用

int 0x80 trap gate（0xEF），eax 分发，寄存器传参，SYS_MAX=13 边界检查。

#	名	ebx	ecx	返回 eax
1	COUT	字符串地址	—	—
2	GETCH	—	—	字符
3	CUR_SET	位置	—	—
4	CUR_GET	—	—	光标位置
5	TFS_LIST	—	—	—
6	TFS_READ	文件名	缓冲区	读取字节数
7	TFS_CREATE	文件名	数据	0=ok
8	TFS_DELETE	文件名	—	0=ok
9	EXIT	—	—	不返回
10	HEX	值	—	—
11	BACKSPACE	—	—	—
12	LOGIN	用户名	密码	1=ok
13	EXEC	文件名	—	不返回 / 0=失败

内存布局

0x000000    IVT / BDA
0x100000    页目录
0x101000    页表（恒等映射 0–4MB）
0x200000    用户代码页
0x300000    TokiFS 数据区（1MB）
0xB8000     VGA 文本缓冲

设计共识

进程模型

• run myapp.tk 一步启动，不学 fork+exec
• 进程即文件：删除 .tk = 进程结束，无僵尸/匿名进程

.tk 文件格式

toki(4B) | 入口地址(4B) | 代码大小(4B) | flags(4B) | 机器码

tk_validate() 检查魔数 0x696B6F74、code_size 在 1 字节到 1MB 间、flags=0。

系统调用

当前用 int 0x80 trap gate（临时方案）。规划：函数钩子跳转表，同 ring 约 3 周期开销。

权限模型

Ring	谁	隔离
0	内核	GDT DPL=0
3	所有用户 / .tk 进程	GDT DPL=3 + 页表 U/S + TSS IOPB

认证：login 命令输入密码 → SHA-256 → 比对 /etc/passwd 中的 hex 哈希。
防暴力：任意用户输错 3 次 → 30 秒 busy-wait 锁死 → 计数器归零。
存储：/etc/passwd 格式 user:sha256hex\n，最多 8 用户，改密/新建用户即时 sync 回 TFS。
默认账户：首次启动自动创建 tokisora（密码同用户名）。

密钥对方案

公钥认证留到网络栈阶段再做（Ed25519 验证器 ~200 行，远超当前规模）。

共享内存（已规划）

• tk_share 钩子握手，显式声明
• 跨 ring 共享需签名+审计
• 继承单向往上：子死→父，父死→祖

崩溃模型

进程崩溃 → dump 寄存器 → kill 进程 → reboot 进程（非全系统）

网络栈（已规划）

自写最小栈（ARP + IP + TCP），不依赖 lwIP。

进度

2026-06-17 多用户认证框架：auth.c/h（249 行），SHA-256 密码哈希，/etc/passwd（user:hex，最多 8 用户）。login/logout/whoami/passwd/useradd 全部 5 个命令。输错 3 次冻结 30 秒。默认账户 tokisora。syscall 边界检查（SYS_MAX=13）。TokiFS v0.2：tfs_find() 统一名字查找，tfs_delete 数据前移紧凑回收。SYS_EXEC（#13）：ring3 进程加载新 .tk 替换自身。修复 tfs_get_size 名字比较 break 位置 bug（input buffer 残留误判 file not found）。VGA 滚屏（scroll_up()）+ UTF-8 乱码修复。ARCHITECTURE.md 架构文档。boot 消息换行 + 光标同步。README 全面更新。

2026-06-16 shell.tk 完善：退格修复（SYS_BACKSPACE 内核侧直接 VGA 擦除，不依赖 cursor_write \b）、Enter 换行修正、命令解析回显 bug（ebx 覆盖回路）修复。TSS IOPB 完工 — iopb ≥ sizeof(tss_t) 令 ring3 任何 IO 触发 #GP。CPU 异常 0–31 处理器（dump 寄存器后 halt）。.tk 加载器完整：16 字节头验证 + ring3 跳转。gen_tk.py 两遍汇编器。Ring3 全链路跑通。

2026-06-15 Ring 3 用户态打通。proc_load → page_map_user → proc_start(iret)。int 0x80 trap gate + 9 个系统调用。TokiFS v0.1（线性分配）。修了键盘 IRQ ring3 泄露、info CR0 打印溢出、二进制嵌入 off-by-one 等 bug。

2026-06-14 分页启用（恒等映射 0–4MB + 用户 2MB–3MB）。GDT 6 条目（ring0 + ring3 + TSS）。Shell 命令分发 if-else→函数指针表。键盘环形缓冲区（32 字节）。

2026-06-13 Multiboot → GDT → IDT → PIC 重映射 → 键盘中断 → scancode→ASCII → VGA 回显 → 光标 → Shell。和 QEMU 11 斗了一整天：Multiboot1 -kernel 被废，补 Multiboot2 头不行，最后加 PVH ELF Note 才过。

构建

as --32 boot.S -o boot.o
gcc -m32 -c *.c -ffreestanding -nostdlib -fno-pie -fno-stack-protector -mno-sse -mno-mmx
ld -m elf_i386 -T linker.ld *.o -o tokios.elf

QEMU 11 必须用 ELF 格式（-kernel tokios.elf），flat binary 不支持。

文件

内核

文件	行	职责
boot.S	218	Multiboot/PVH 头，GDT/IDT flush，IRQ/syscall 存根，proc_start
kernel.c	73	入口：初始化链 + 嵌入 shell.tk + HLT 循环
gdt.c/h	37	6 条目 GDT（null/ring0 code/ring0 data/ring3 code/ring3 data/TSS）
idt.c/h	87	256 条目 IDT，PIC 重映射，int 0x80 trap gate（DPL=3）
isr.c/h	35	中断分派，struct regs，键盘/光标 API
keyboard.c	138	scancode→ASCII 查表，VGA 回显 + 滚屏，环形缓冲，ring0/3 隔离
paging.c/h	23	恒等映射 0–4MB，page_map_user()
proc.c/h	30	.tk 加载器：TFS 读取 → 验证 → 映射用户页 → iret ring3
shell.c/h	223	ring0 命令行：14 命令 + 函数指针表分发 + 参数解析
syscall.c/h	79	int 0x80 分发（SYS_COUT=1 ~ SYS_EXEC=13），SYS_MAX 边界
tfs.c/h	102	TokiFS v0.2：16 槽，1MB RAM 盘，tfs_find 统一查找，删除紧凑回收
auth.c/h	249	多用户认证：SHA-256 哈希，/etc/passwd，3 次冻结，最多 8 用户
tklib.h	—	.tk 文件格式定义（16 字节头 + tk_validate）
linker.ld	—	链接脚本（1MB 起点，BSS 4KB 对齐）

工具 & demo

文件	行	职责
tools/gen_tk.py	234	两遍汇编器：rel8 回填 + 绝对地址嵌入 → shell_code[]
hello_tk.c	56	ring3 demo 程序（cout + getch + exit）

已知攻击面

问题	缓解	状态
ring3 栈无守护页	分页后加守护页	TODO
TFS 槽位越界写	syscall 边界 + 槽位检查	TODO
双重异常→triple fault	异常时关中断	TODO
键盘缓冲满丢字符	环形缓冲 back-pressure	TODO
syscall 号边界	if (r->eax < 1 || r->eax > SYS_MAX) return	✅
TFS 删除不回收	数据前移紧凑（v0.2）	✅
ring3 直接 IO	TSS IOPB ≥ sizeof(tss_t)	✅
密码明文	SHA-256 哈希	✅
暴力破解	3 次 → 30s 冻结	✅

与之相近的 OS

Exokernel（MIT, 1995） — 最像。内核不抽象硬件，只做安全多路复用。应用拿函数指针直接操作资源。TokiOS 的「内核导出 hook、.tk 声明依赖」就是这套。

Plan 9（Bell Labs） — 精神祖先。「一切皆文件」推到极致。/proc 里每个运行中的进程就是一个文件。TokiOS 的「进程 = .tk 文件，删除即杀死」直接从这里来。

xv6（MIT） — 同是教学内核，方向相反。xv6 教你怎么做小型 Unix：fork+exec、管道、fd、POSIX。TokiOS 教你怎么不学 Unix：没有 fork，没有管道，一切是文件名不是 fd。

TempleOS — 同是一个人写的 x86 内核。Terry Davis 所有代码 ring 0。TokiOS 有 ring 分层、进程隔离、密码提权，方向相反。

明确拒绝的

• Unix/POSIX — 没有 fork，没有 exec（指 execve），没有 fd
• Linux — 不要 3000 万行，不要设备树
• Windows — 不是闭源

许可

MIT。拿去拆，别署名。