BasicOS - A Minimal Operating System

Overview

心血来潮，准备写一个操作系统，记录一下学习过程。主要参考著名的《恐龙书》。从bootloader开始，逐步实现一个最小的操作系统。
既然是操作系统，那么就避免不了汇编语言。之后会使用C语言来实现。最后如果有余力的话，会使用Rust来实现。

环境

Ubuntu 24.04
qemu
nasm
gcc
make

安装环境

sudo apt-get update
sudo apt-get install nasm qemu gcc gcc-multilib

安装debug工具

sudo apt-get install xxd gdb

GitHub地址

https://xxxxx。xxx/toronto-andrew/BasicOS.git

先写一个最简单的bootloader

BIOS (Basic Input/Output System) 我们每个人都最熟悉了。当然，新的计算机都使用 UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）了。
UEFI 和单纯使用 BIOS 的区别在于加载内核的方式、准备工作和高级功能等。这里为了方便起见，我们暂时只考虑 BIOS（因为最简单）。

电脑刚一开机，BIOS 的作用是告诉计算机从哪里加载操作系统到内存。于是，有人规定了，操作系统应当放在存储设备最开始的 512 字节（例如磁盘第 0 柱面第 0 磁头第 0 扇区）。这个区域就是我们的引导扇区。也就是说，操纵系统运行的第一行代码就是在引导扇区中。
然而，一台计算机可能有多个存储设备，BIOS 依然不知道哪个设备存储了引导扇区。但不知道谁又规定了，引导扇区的最后两个字节必须是 0xaa55。于是，BIOS 只需要遍历所有存储设备，检查他们的第 511 和 512 字节是否是 0xaa55。如果是，就说明找到了操作系统的位置，把这一段数据加载到内存中，然后跳转到这段代码的第一个字节开始执行。
因此，对于手动编写一个引导扇区来说，只需要：
1 首先把最后两个字节设置为 0xaa55；
2 然后从第一个字节开始写上想要的代码；
3 最后把其它的字节填充为 0，补满 512 字节。

代码如下boot.asm：

[bits 16]             ; 告诉汇编器我们是在 16 位下工作

jmp $                 ; $ 表示当前地址，跳转到当前地址就是死循环

times 510-($-$$) db 0 ; $ 表示当前地址，$$ 表示当前段的开始地址
                      ; 510-($-$$) 计算出当前位置到 510 字节的距离，然后全部填充为 0

dw 0xaa55             ; 最后两个字节是 0xaa55

编译

nasm boot.asm -f bin -o boot.bin

运行

qemu-system-x86_64 boot.bin

你会看到窗口中显示 Booting from Hard Disk...，然后它就开始执行死循环了。

BasicOS - A Minimal Operating System - Day1