自制操作系統--1 環境搭建

網上有不少簡單的加載器製作的文章，我也是初學，之前看過《Oranges‘s 一個操作系統的實現》，看到保護模式哪一點覺得非常頭痛，有很多不清楚的地方，現在在看《30天自制操作系統》，雖然讀起來簡單多了，不過我使用的是Linux系統，做起來還是有些麻煩，此係列文章可以當作簡單的學習筆記，不過會加上我個人的理解，將我當初迷茫的地方寫出來，以及如何在Linux系統上搭建起操作系統的實驗環境。最近一年準備主攻編譯器和操作系統，希望能和大家一起學習，進步。

準備環境：

1.彙編器NASM，nasm是用的比較多的，採用intel彙編語法。有彙編基礎的話很好學，文檔見此處NASM文檔。

2.Bochs模擬器，要會使用簡單的調試命令就行了。進入bochs後，輸入help會有簡單的幫助，差不多足夠了。

Hello world

下面是一個簡單的引導程序：

org 0x7c00        ; 告知nasm，代碼會加載在0x7c00處，詳細解釋在後面
entry:
	mov ax,0
	mov ss,ax
	mov sp,0x7c00
	mov ds,ax
	mov es,ax

	mov si,msg
putloop:
	mov al,[si]
	add si,1
	cmp al,0
	je fin
	mov ah,0x0e
	mov bx,15
	int 0x10
	jmp putloop
fin:
	hlt
	jmp fin
msg:
	db 0x0a,0x0a	; 換行'\n'的ASCII碼爲10=0x0a
	db "Hello,world"
	db 0x0a
	db 0
	
	times 510-($-$$) db 0  ;重複到510字節處
	db 0x55,0xaa ;啓動扇區標識

下面是Makefile，寫得有點爛，見諒：

run : bochs a.img
	bochs -q  #啓動
bin : 
	nasm -f bin hello.asm -o hello.bin  #編譯生成bin格式文件
a.img : bin img
	dd if=./hello.bin of=./a.img bs=512 count=1 conv=notrunc  #將生成的文件寫入軟盤鏡像
img : 
	bximage -q -fd -size=1.44 a.img  > /dev/null #創建軟盤鏡像
bochs:
	cp ~/bochsrc ./  #複製bochsrc到當前目錄,這點實驗的時候看情況更改
clean:
	-rm -f hello.bin bochsrc a.img

下面是複製過來的bochsrc

###############################################################
# Configuration file for Bochs
###############################################################

# how much memory the emulated machine will have
megs: 32
cpu: ips=10000000
# filename of ROM images
romimage: file=/usr/local/share/bochs/BIOS-bochs-latest
vgaromimage: file=/usr/local/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest
# what disk images will be used
floppya: 1_44=a.img, status=inserted

# choose the boot disk.
boot: floppy

# where do we send log messages?
# log: bochsout.txt

# disable the mouse
mouse: enabled=1

# enable key mapping, using US layout as default.
keyboard_mapping: enabled=1, map=/usr/local/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map

現在，make以下，bochs運行，輸入c（表示繼續，debug版本的bochs），可以看到模擬器上顯示了Hello，world。

下面來說以下以上代碼依賴的一些約定：

1.引導扇區，磁盤的0柱面，0磁頭，1扇區被稱爲磁盤的主引導區，在這512個字節中，有446個字節可以提供給引導程序使用，其後的64個字節爲分區表，再之後的2個字節爲FLAG字段，值爲0x55，0xAA纔會被BIOS加載時識別。

2.BIOS加電自檢之後，會將引導扇區加載到內存0x7c00開始的地方，至於爲什麼是0x7c00，請點這裏。

3.在上面的彙編程序中，我們使用了org 0x7c00這條命令，告訴nasm程序將被加載到0x7c00這個位置。當執行流剛到達0x7c00這裏的時候，現在的段寄存器CS，SS，DS，ES都等於0。我們可以看以下hello.bin的反彙編代碼，運行ndisasm hello.bin | more.

00000000  8CC8              mov ax,cs
00000002  8ED0              mov ss,ax
00000004  8ED8              mov ds,ax
00000006  8EC0              mov es,ax
00000008  BE237C            mov si,0x7c23
0000000B  8A04              mov al,[si]
0000000D  81C60100          add si,0x1
00000011  3C00              cmp al,0x0

可以看到，mov si,0x7c23 這一條指令，在代碼裏，寫的是 mov si,msg.如果我們去掉前面的org 0x7c00的話，這裏的指令就成了mov si,0x23.顯然，如果其他寄存器都爲0的話，此時下面顯示字符串的指令肯定會出錯，因爲地址有問題。講到這就可以知道，org 0x7c00並不是必須的，我們完全可以使用其他的方式到達同樣的目的，比如像下面這樣修改：

jmp 0x7c0:entry
entry:
	mov ax,cs
	mov ss,ax
	mov ds,ax
	mov es,ax

	mov si,msg

這樣的話，執行跳轉時CS會被設置爲0x7c0，其他寄存器也被下面的指令初始化爲0x7c0，就不會產生問題了。