Question

高手揭密开发简单“操作系统”全过程

Answer 1

[什么？]

　　很多文章中把写一个引导程序称作是开发一个最简单的操作系统，其实这是非常片面的，引导程序算不上操作系统，虽然此程序可以运行在*机上。所谓引导程序，直观的说就是在系统加电启动时BIOS第一个执行的程序。

　　引导程序要想发挥作用，让机器识别，就必须安置在一个特别的位置，这个位置就是磁盘的第一个扇区（0面0磁道1扇区，备注：没有0扇区），而一个包含引导程序的扇区叫作引导扇区。

　　一个合法的引导扇区（1）通常包含512个字节（当然喽，一个扇区通常本来就是512个字节），（2）并且以0xAA55这样一个占用两个字节的数据结尾作为标志符。（备注：0x前缀说明这是一个十六进制数）。

　　也就是如果把引导扇区看成一个字符数组的BootSector[]话（因为一个字符，即char，刚好为一个字节），那么这个数组就拥有512个元素，如果用C语言申明的话即为
　　char BootSector[512];

　　接着，一个合法的引导扇区必须以0xAA55结束，即
　　BootSector[510] = 0x55;
　　BootSector[511] = 0xAA;

　　除了结束标志必须符合上面的要求之外，中间虽然还有510字节的空间，但执行代码可以少于510字节，用无意义字符（通常用0x0）填充剩余空间即可。

　　[过程]

　　PC是通过BIOS来启动机器的，当PC机加电之后BIOS启动相应的程序完成机器的自检，然后就寻找可以引导的驱动器，即大家通常所说的启动盘。在 BIOS中可以设置从哪个盘启动，但通常总要检查硬盘，所以当BIOS检查完前面的启动设备之后，如果没有发现任何引导程序，那么就会开始检查主硬盘，即 C盘。如果此时在C盘上找到了合法的引导扇区，那么就会将引导扇区的内容（共512字节）装载到内存0x0000:07C00处。此时BIOS把控制权限交给这段引导程序。

　　那么，接下来，引导程序通常会简单的执行一些指令，比如输出一段文字，显示一个启动界面等等，但最重要的，引导程序将会启动一个更大的程序，然后把权限交给他，这通常就是我们所说的操作系统内核。额外补充一句，目前对操作系统的定义有不少，但笔者比较赞成的观点如下：

　　从形式上看，操作系统是：从计算机启动到结束的过程中始终在运行的程序。而这通常就是我们所说的操作系统内核。从功能上看，操作系统：管理和维护所有的硬件、软件、数据资源，并为上层应用或服务提供一个抽象的接口。从某种层面上看，第二中定义更接近于虚拟机。（闲话一段^_^）

　　[如何]

　　现在，已经了解了这些基本的概念，那么，如何动手制作这样的引导扇区呢？这个过程十分简单，

　　（1）首先按照要求写一个合法的引导程序（通常用汇编，机器码也可以，呵呵）；
　　（2）然后将其通过汇编程序，如NASM汇编成二进制文件；
　　（3）最后，将这个二进制文件写入到目标盘的第一个扇区。

　　跟我做:-P]

　　上面说的很简单吧？那好，现在我们来写一个吧！

　　第一步：写代码

　　; 文件名：boot.asm
　　; 代码如下，注意，汇编中通常用“;”来表示注释内容
　　; 此段代码参考《自己动手写操作系统》（于渊）
　　;
　　; 初始化函数
　　org 07c00h 　　; 告诉编译器将此段程序加载
　　; 到内存0x0000:07C00处
　　mov ax, cs
　　mov ds, ax
　　mov es, ax
　　call PrintStr 　　; 调用屏幕打印函数
　　jmp $ 　　; 无限循环

　　PrintStr: 　　; 屏幕打印函数
　　mov ax, HelloWorld 　　; 将字符串拷贝到ax
　　mov bp, ax 　　; es:bp = 串地址
　　mov cx, 24 　　; cx = 串长度
　　mov ax, 01301h 　　; ah = 13, al = 01h
　　mov bx, 000ch 　　; 页号为0（bh = 0） 黑底红字（bl = 0ch，高亮）
　　mov dl, 0
　　int 10h 　　; 10h号中断
　　ret

　　HelloWorld: db "Welcome to Lee's OS *_*" ; 字符串负值
　　times 510-($-$$) db 0 　　; 用0x0填充剩余的空间使生成
　　 　　; 的二进制代码刚好为512字节

　　dw 0xaa55 　　; 结束标志
　　; 整个程序结束！很短吧