操作系统是管理和控制计算机硬件和软件资源的计算机程序,也是计算机硬件和其他软件之间的接口。虽然操作系统技术日益成熟,但仍然是一个不断发展,不断更新的领域。然而,国产操作系统的发展相对落后,目前难以与国际知名的操作系统相竞争。Linux是国际上常用且强大的操作系统,它拥有着自由、公开且免费的特性,为人们提供了学习优秀国外操作系统的设计理念和实现方法的机会。因此,研究和改进Linux操作系统对于国内操作系统的发展具有重要意义。此外,当前市场上大多数的操作系统内核都是由C语言和汇编语言混合编程,主要基于C语言。而由C语言构成的大型项目往往会面临功能与模块关系不清晰、代码的复用性和维护性较差等问题。在当下Linux代码急速膨胀的趋势下,解决代码的维护问题尤为重要。因此,由面向对象语言实现的操作系统内核将会体现出明显的优势,具有重要的现实意义和应用价值。本文将从引导模块出发,从实模式转换到保护模式,研究并论述Linux操作系统中分页机制与虚拟内存、进程与线程和文件系统等概念的涵义。然后设计并开发内核中的时钟管理、内存管理、任务管理、文件管理和终端等功能模块,完成一个较为完善的32位操作系统。并且本文采用C++语言和汇编语言混合编程的方式来设计和开发操作系统内核的各个模块,为改善大型操作系统的封装性与维护性打下基础。本文对内核的各功能模块进行了测试与分析。考虑到内核模块较多,开发与测试工作较为繁杂,故将程序文件放在不同的目录下管理和维护,并采用makefile工具简化编译过程。将编译成功的二进制可执行文件写到虚拟磁盘映像文件中,再用Bochs虚拟机直接运行虚拟磁盘,测试结果基本符合预期。最后对相关研究工作和现有成果进行了总结与展望,总结不足之处,为后续的优化工作确立了方向。