學習操作系統原理最好的方法是自己寫一個簡單的操作系統。
前面鋪墊了這麼久，今天終於開始寫程序了。本講將介紹3個逐步深入但非常簡單的程序，一方面是讓大家熟悉開發流程，另一方面是順便解決前面遇到的CPU佔用率高的問題。
一、mbr1.asm回顧
mbr1.asm的代碼之前我們介紹過，這裏我們回顧一下代碼和演示步驟。
mbr1.asm代碼如下：
;生成一個空的MBR
times 510 db 0 ;前510個字節全爲0
db 0x55,0xaa ;最後兩個字節是0x55和0xaa。
下面我們來演示：
1.啓動並登錄CentOS
在VirtualBox中啓動CentOS虛擬機，並用PowerShell登錄到CentOS虛擬機。
2.創建空虛擬硬盤
如果沒有虛擬硬盤或想重新創建一個空的虛擬硬盤，執行下面這條語句：
dd if=/dev/zero of=/media/VMShare/GrapeOS.img bs=1M count=4
截圖如下：
在上面截圖中，用hexdump命令查看生成的虛擬硬盤文件GrapeOS.img，可以看到每個字節都是0，符合預期。
3.彙編mbr1.asm
nasm mbr1.asm -o mbr1.bin
截圖如下：
在上面截圖中，用hexdump命令查看生成的mbr1.bin，共512個字節，前510個字節都是0，最後兩個字節是0x55和0xaa，符合預期。
4.將mbr1.bin寫入到虛擬硬盤中
dd conv=notrunc if=mbr1.bin of=/media/VMShare/GrapeOS.img
截圖如下：
在上面截圖中，我們同樣用hexdump命令驗證，看到的確是將mbr.bin寫入到虛擬硬盤的第一個扇區中了。
5.啓動QEMU
在Windows的cmd命令行中運行如下命令：
qemu-system-i386 d:\GrapeOS\VMShare\GrapeOS.img
從截圖上可以看到，運行結果和之前的一樣。回顧到此爲止，下面來解決CPU佔用率高的問題。
二、CPU佔用率高的原因
前面我們介紹過，在QEMU+GDB調試中，反編譯16位代碼是有問題的，下面來介紹另一種反編譯方法。nasm彙編器自帶了一個反彙編工具叫ndisasm，下面我們來反彙編mbr1.bin。
ndisasm mbr1.bin
截圖如下：
從截圖中可以看到兩個0字節正好是一條彙編指令“add [bx+si],al”，最後的2個字節0x55和0xaa也正好是指令“push bp”和“stosb”。但這些都不是我們要寫的程序，只是這些二進制數正好是某條機器指令。從BIOS跳轉到0x7c00地址後，無論此處是什麼樣的二進制數，CPU都會把它當作指令一條一條的執行。當執行完這512字節，會繼續執行後面內存中的數據。而後面內存中的數據是不確定的，CPU就會亂執行半天，而且也沒有意義，這就是程序跑飛了。下面我們先來解決程序跑飛的問題。
三、mbr2.asm阻止程序跑飛
1.程序講解
mbr2.asm代碼如下：
jmp $ ;$表示當前行的地址
times 510-($-$$) db 0 ;$$表示段開始的地址，$-$$表示當前行前面的代碼佔用的字節數。
db 0x55,0xaa
在Linux命令行中執行如下命令：
nasm mbr2.asm -o mbr2.bin
hexdump mbr2.bin -C
ndisasm mbr2.bin
從上面截圖中可以看到“jmp $”生成的機器碼是“0xeb,0xfe”，其中0xeb是操作碼，0xfe是操作數。這條指令中的操作數是當作有符號數處理的，0xfe換算成十進制數是“-2”（負2）。而這條指令共2個字節，當CPU讀取完這條指令後寄存器ip的值會加2，執行完這條指令後，寄存器ip的值會加負2。這樣的話CPU就會不斷的重複執行這條指令，程序就不會跑飛了。
2.程序演示
下面我們將mbr2.bin寫入到虛擬硬盤的第一個扇區。
dd conv=notrunc if=mbr2.bin of=/media/VMShare/GrapeOS.img
hexdump /media/VMShare/GrapeOS.img -C
然後用調試模式觀察一下。
qemu-system-i386 d:\GrapeOS\VMShare\GrapeOS.img -S -s
前面我們介紹過，這裏GDB是按32位反彙編的，16位反彙編是有問題的。但有些彙編代碼在16位和32位下生成的機器碼是一樣的，比如這裏的jmp $。所以這裏的反彙編也可以適當參考一下。從上面截圖上可以看到，每次單步運行後，程序地址仍然停留在0x7c00。這就是通過死循環來防止程序跑飛的辦法。
下面我們來刪除斷點，讓程序正常運行。
首先來查看斷點：
(gdb) i b
刪除斷點：
(gdb) d 斷點編號
然後讓程序繼續運行：
(gdb) c
截圖如下：
mbr2.asm雖然解決了程序跑飛的問題，但CPU佔用率仍然高，筆記本風扇還是呼呼的轉。下面我們來徹底解決這個問題。
四、mbr3.asm徹底解決CPU佔用率高的問題
mbr3.asm的代碼如下：
stop:
hlt ;使CPU暫停運行，直到有中斷髮生。（降低CPU使用率）
jmp stop
times 510-($-$$) db 0
db 0x55,0xaa
上述代碼主要用了一個hlt指令，讓CPU暫停，如果有中斷髮生，會執行下一行jmp stop，然後又執行hlt。這樣不僅防止了程序跑飛，而且降低了CPU使用率。
有了前面的基礎，我們這次編譯運行一氣呵成。
在Linux命令行中執行：
nasm mbr3.asm -o mbr3.bin
dd conv=notrunc if=mbr3.bin of=/media/VMShare/GrapeOS.img
在Windows命令行中執行：
qemu-system-i386 d:\GrapeOS\VMShare\GrapeOS.img
截圖如下：
從上圖任務管理器中可以看到，QEMU的CPU佔用率已經降下來了。
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本教程代碼和資料：https://gitee.com/jackchengyujia/grapeos-course
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