Recomiendo leer los sistemas operativos: tres piezas fáciles (descargables libremente) después de haber leído el sistema operativo – Wikipedia
(Supongo que ha aprendido a programar; lea Enseñe la programación en diez años para obtener una idea muy útil)
Recomiendo instalar y usar alguna distribución de Linux, luego codificar algunas aplicaciones de tierra de usuario a nivel de sistema; así que lea la Programación avanzada de Linux y estudie todos los syscalls (2). Codificar un pequeño shell de Unix (o al menos estudiar cuidadosamente la implementación de algún software libre existente) es un ejercicio muy útil.
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Los sistemas operativos a menudo se diseñan sobre un Kernel (sistema operativo). Pero se podrían considerar otros diseños: lea sobre Microkernels (busque en GNU Hurd), Exokernels, Unikernels (como MirageOS). Singularidad (sistema operativo), Proyecto SAFE, TUNES OS / Language Project. Para cuestiones prácticas, el desarrollo del sistema operativo es muy útil.