1. 操作系统内核实验之运行环境

前言

操作系统的实现非常复杂,我们通过自己动手完成一个操作系统内核,以此加深对软件运行原理的理解。

平台&工具

操作系统:Windows 10
虚拟机:Virtual Box
编译工具:nasm
软盘映像工具:WinImage

引导扇区

计算机上电之后,会进行一系列的硬件初始化和检测,待自检完成,BIOS开始查找可引导设备,一旦查找到正确的引导设备,BIOS即将该设备的引导扇区加载至内存地址为7c00h的位置,然后跳转至该地址处,并开始执行引导程序。

扇区
软盘的每个面由若干条磁道组成,磁道是面上的同心圆环;每条磁道又被划分为若干个区域,这些区域即称为扇区,通常一个扇区的大小是512字节(bytes)。

引导扇区
引导扇区就是由BIOS加载,用于引导(加载、执行跳转)操作系统内核的扇区。如果对所有扇区按顺序从0开始进行编号的话,那么引导扇区是第0个扇区。

以下为一段显示字符串的代码:

;文件名 hos.asm
org 7C00h

jmp START

message     db  "Hello, my os world!", 0

; 输出字符
; al    字符
printChar:
    mov ah, 0eh                 ; 设置功能号
    mov cx, 1
    int 10h                     ; 第10h号中断调用
    ret

START:      
    lea si, [message]           ; 将字符串首地址赋给寄存器si
    jmp LBE_ISNULL
LBE_PRINTC:
    call printChar              ; 调用PrintChar函数输出字符
    inc si
LBE_ISNULL:
    mov al, [si]                ; 将si所指内存的值赋给al
    test al, al                 ; 检查al是否为0
    jnz LBE_PRINTC
    hlt

    times 510 - ($ - $$) db 0   ; 将当前位置至510之间的字节都初始化为0
    dw 0xaa55                   ; 将第一扇区的最后两个字节初始化为0xaa55
  • org 7c00h
    org指令指定了程序的偏移地址。因为BIOS会将引导扇区加载至内存地址为7c00h的位置,如果不通过该指令设置程序的起始地址,那么在运行时以“段地址:偏移”的方式来寻址就会得到:

    ds * 10h + 文件偏移 = 0 * 10h + 文件偏移
    

    显然,这是错误的。而在使用org指令指定偏移地址后,得到正确的地址应该是:

    ds * 10h + (文件偏移 + 7c00h)
    
  • int 10h
    int即interrupt(中断)的简写,int 10h就是第10h号中断调用。虽然语法不同,但它的作用就和其它高级语言的函数(Function)或者方法(Method)一样,由BIOS进行设置,系统开发者调用以实现各种功能。而第10h号中断则提供了非常有用的视频输出服务,包括视频模式设置、图形输出、文本输出等。 参考 INT 10H(维基百科)

  • times
    times前缀不属于x86指令集,类似的还有db、dw、resb、resw等。对于这类指令,NASM中有一个专业的术语 —— 伪指令(Pseudo Instructions)。times的作用是重复执行某个操作,例如:

    times 512 db 0  ; 将 db 0 重复执行512次,也就是将512个字节初始化为0
    
  • $和$$
    $符号指示当前行首在代码中的位置,$$指示当前节区(SECTION)头在代码中的位置,$ - $$ 则表示当前行至节区头的偏移。

  • 0xaa55
    引导扇区标识,BIOS根据此标识来确定该扇区是否为引导扇区。

节区(SECTION)也称为(SEGMENT)


运行环境

1. 使用NASM编译
nasm hos.asm -o hos.bin
-o 参数指定输出的文件名

数据和指令
在计算机中存储的一切都是数据,.mp3文件内容是数据、.txt文件是数据、.exe文件也是数据,在磁盘中是数据、在内存中也是数据。只有当数据用于执行时,才将其称之为指令。

2. 创建软盘映像
  1. 使用WinImage创建软盘映像,选择1.44MB格式.
1_1 新建软盘镜像.png
  1. 将其另存为IMA格式,命名为hos;
  2. 将编译好的"hos.bin"文件写入"hos.IMA"映像的第0扇区,即文件偏移0x0000 -0x01FF处;
3. 创建一个专属虚拟机系统;
1_4 新建虚拟机.png

因为我们的“操作系统”目前还没有人知道,当然,“VirtualBox”的工程师们也不会知道,所以系统类型还是选择“Other(其它)”吧!至此,虚拟机也已经创建完成。大家是不是都有点迫不及待的想看看运行结果了呢?不过先等一下,我们还要把“操作系统”添加到虚拟机上才算是大功告成。

4. 添加软盘映像;
1_5 添加软盘映像.png
5. 运行;
1_6 运行.png

附注

  1. 在VirtualBox和VMware中,引导扇区以0xaa55和0x55aa结束似乎都是可以的。
  2. NASM编译输出的文件可以是任意类型,例如"MYOS.bin"、"HOS.os"、"OS.abc"等,因为不管是什么类型的文件,它的(指令)数据(在二进制编辑器中查看)都是一样的。我们并不需要根据类型来解析此文件,而仅是将其原样复制到映像文件的第一个扇区。
  3. 软盘映像也可以另存为img格式,直接输入”hos.img”,然后保存即可。
  4. 写一个复制引导扇区的程序!
最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 213,928评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,192评论 3 387
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 159,468评论 0 349
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,186评论 1 286
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,295评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,374评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,403评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,186评论 0 269
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,610评论 1 306
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,906评论 2 328
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,075评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,755评论 4 337
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,393评论 3 320
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,079评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,313评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,934评论 2 365
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,963评论 2 351

推荐阅读更多精彩内容

  • 几个学习链接:https://www.cnblogs.com/LexMoon/p/How_to_Make_a_Co...
    少女白洁阅读 737评论 0 0
  • 转载声明:本文虽然不是本人100%原创,但也是辛辛苦苦整理的,可以转载,但请注明出处 这篇文章是关于折腾Windo...
    SOMCENT阅读 8,010评论 3 37
  • 理论部分 镜像 一、镜像的百科定义 1、维基百科 ISO映像是一种光盘的存档文件(英语:archive file)...
    幻影翔阅读 1,910评论 4 3
  • 操作系统是处于硬件和软件之间的,所以开发操作系统其实就是按硬件的要求来实现自己的功能。即微软是按照Intel手册来...
    快给我饭吃阅读 1,653评论 0 1
  • 今日知识点:做到。 人至“践”则无敌。没有践行,就没有可变现的东西;没有行动中的思考,就没有真正有价值的认知升级。...
    毛茸茸小爪子阅读 194评论 0 0