从头写一个操作系统 01

你需要自己去查: assembler, BIOS

目标:创建一个可以被BIOS识别为可启动介质的文件

我们要亲自写一个引导扇区,你会发现这很爽。

理论:

计算机启动时,BIOS会启动,它并不知道如何启动操作系统,它会把启动的
工作交给引导扇区中的指令。因此,引导扇区需要放在一个约定俗成的标准
位置上。这个位置就在磁盘最开始的位置 (cylinder 0, head 0, sector 0) 开始
的512字节。

为了确认这个磁盘是可启动的,BIOS会检查启动引导扇区的第511与512字节
处是否是“0xAA55”。

This is the simplest boot sector ever:
以下是一个简单例子:

e9 fd ff 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
[ 29 more lines with sixteen zero-bytes each ]
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 aa

如果是在windows系统上,也可以用BZ这个软件直接
编辑一个二进制文件,保存为.bin文件

BZ-bootbin.png

上面文件的内容,几乎都是0,并由16位的‘0xAA55’作
为结尾(要注意X86是小端机)。开头的三字节使程序
进入无限循环。

最简单的引导扇区

你可以像上面,用二进制编辑器写512个字节,也可以
写一个非常简单的汇编文件。

; Infinite loop (e9 fd ff)
loop:
    jmp loop 

; Fill with 510 zeros minus the size of the previous code
times 510-($-$$) db 0
; Magic number
dw 0xaa55 

编译:
nasm -f bin boot_sect_simple.asm -o boot_sect_simple.bin

注意: 如果出现了错误,请重新阅读00章。

我知道你现在一定想看看,这个系统是否能够运行:

qemu boot_sect_simple.bin

在一些系统上,你可能要这样运行qemu-system-x86_64 boot_sect_simple.bin
如果出现 SDL error, 试试添加 --nographic 与 --curses flag(s)的组合.

你会看到打开的窗口仅仅显示了“Booting from Hard Disk...”。
我想知道,上一次是何时?你盯着一个死循环洋洋得意!;-)

windows 上你需要把那个.bin文件用FloppyWriter这个软件写入到一个img文件中,然后用vmware创建一个未装系统的虚拟机,添加软盘硬件,向软盘中载入上面的img文件,然后启动虚拟机吧,你会看到一个什么字都没有的死循环,那同样代表你成功了,如果没有成功,会出现未发现操作系统的提示。至于vmware的操作请自行百度,未来的学习道路中会出现各种各样的困难,vmware这样的商业软件已经是友好至极了。

我们再进一步,让屏幕打出“Hello"
汇编的代码如下:

;boot_sect_hello.asm
mov ah, 0e
mov al, 'H'
int 0x10
mov al,'e'
int 0x10
mov al,'l'
int 0x10
mov al,'l'
int 0x10
mov al,'o'
int 0x10

jmp $
times 510-($-$$) db 0
dw 0xaa55

nasm -f bin boot_sect_hello.asm -o boot_sect_hello.bin
qemu-system-i386 boot_sect_hello.bin
启动系统的屏幕上将打出Hello几个字。

hexdump boot_sect_hello.bin
将查看二进制文本
将二进制直接使用BZ编辑器写入文件,如下:


boot_hello.png

再用FloppyWriter.exe写入Image


FloppyWriter.png

使用VMWare载入软盘镜像,启动系统将输出:
vm_hello.png

是不是很完美?这让我想起了十几年前的一个笑话,有一个大神给朋友修电脑,一个下午一直坐再那里敲0和1,最后电脑终于能够启动了,原来这个大神用0和1写了一个操作系统。我们同样用0和1写了一个系统(例如上面的B4 0E 对应二进制1011 0100 0000 1110 ),只是很简单。

注,本文翻译自github上的开源项目https://github.com/cfenollosa/os-tutorial
其中windows部分由本人添加,利于集思广益,但并不推荐使用windows系统
学习后面的内容。

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