高手揭密開發(fā)簡單“操作系統(tǒng)”全過程

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[什么?]
    很多文章中把寫一個引導(dǎo)程序稱作是開發(fā)一個最簡單的操作系統(tǒng),其實這是非常片面的,引導(dǎo)程序算不上操作系統(tǒng),雖然此程序可以運行在*機(jī)上。所謂引導(dǎo)程序,直觀的說就是在系統(tǒng)加電啟動時BIOS第一個執(zhí)行的程序。
    引導(dǎo)程序要想發(fā)揮作用,讓機(jī)器識別,就必須安置在一個特別的位置,這個位置就是磁盤的第一個扇區(qū)(0面0磁道1扇區(qū),備注:沒有0扇區(qū)),而一個包含引導(dǎo)程序的扇區(qū)叫作引導(dǎo)扇區(qū)。
    一個合法的引導(dǎo)扇區(qū)(1)通常包含512個字節(jié)(當(dāng)然嘍,一個扇區(qū)通常本來就是512個字節(jié)),(2)并且以0xAA55這樣一個占用兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)結(jié)尾作為標(biāo)志符。(備注:0x前綴說明這是一個十六進(jìn)制數(shù))。
    也就是如果把引導(dǎo)扇區(qū)看成一個字符數(shù)組的BootSector[]話(因為一個字符,即char,剛好為一個字節(jié)),那么這個數(shù)組就擁有512個元素,如果用C語言申明的話即為
    char BootSector[512];
    接著,一個合法的引導(dǎo)扇區(qū)必須以0xAA55結(jié)束,即
    BootSector[510] = 0x55;
    BootSector[511] = 0xAA;
    除了結(jié)束標(biāo)志必須符合上面的要求之外,中間雖然還有510字節(jié)的空間,但執(zhí)行代碼可以少于510字節(jié),用無意義字符(通常用0x0)填充剩余空間即可。
    [過程]
    PC是通過BIOS來啟動機(jī)器的,當(dāng)PC機(jī)加電之后BIOS啟動相應(yīng)的程序完成機(jī)器的自檢,然后就尋找可以引導(dǎo)的驅(qū)動器,即大家通常所說的啟動盤。在 BIOS中可以設(shè)置從哪個盤啟動,但通常總要檢查硬盤,所以當(dāng)BIOS檢查完前面的啟動設(shè)備之后,如果沒有發(fā)現(xiàn)任何引導(dǎo)程序,那么就會開始檢查主硬盤,即 C盤。如果此時在C盤上找到了合法的引導(dǎo)扇區(qū),那么就會將引導(dǎo)扇區(qū)的內(nèi)容(共512字節(jié))裝載到內(nèi)存0x0000:07C00處。此時BIOS把控制權(quán)限交給這段引導(dǎo)程序。
    那么,接下來,引導(dǎo)程序通常會簡單的執(zhí)行一些指令,比如輸出一段文字,顯示一個啟動界面等等,但最重要的,引導(dǎo)程序?qū)右粋€更大的程序,然后把權(quán)限交給他,這通常就是我們所說的操作系統(tǒng)內(nèi)核。額外補(bǔ)充一句,目前對操作系統(tǒng)的定義有不少,但筆者比較贊成的觀點如下:
    從形式上看,操作系統(tǒng)是:從計算機(jī)啟動到結(jié)束的過程中始終在運行的程序。而這通常就是我們所說的操作系統(tǒng)內(nèi)核。從功能上看,操作系統(tǒng):管理和維護(hù)所有的硬件、軟件、數(shù)據(jù)資源,并為上層應(yīng)用或服務(wù)提供一個抽象的接口。從某種層面上看,第二中定義更接近于虛擬機(jī)。(閑話一段^_^)
    [如何]
    現(xiàn)在,已經(jīng)了解了這些基本的概念,那么,如何動手制作這樣的引導(dǎo)扇區(qū)呢?這個過程十分簡單,
    (1)首先按照要求寫一個合法的引導(dǎo)程序(通常用匯編,機(jī)器碼也可以,呵呵);
    (2)然后將其通過匯編程序,如NASM匯編成二進(jìn)制文件;
    (3)最后,將這個二進(jìn)制文件寫入到目標(biāo)盤的第一個扇區(qū)。
    跟我做:-P]
    上面說的很簡單吧?那好,現(xiàn)在我們來寫一個吧!
    第一步:寫代碼
    ; 文件名:boot.asm
    ; 代碼如下,注意,匯編中通常用“;”來表示注釋內(nèi)容
    ; 此段代碼參考《自己動手寫操作系統(tǒng)》(于淵)
    ;
    ; 初始化函數(shù)
    org 07c00h   ; 告訴編譯器將此段程序加載
       ; 到內(nèi)存0x0000:07C00處
    mov ax, cs
    mov ds, ax
    mov es, ax
    call PrintStr   ; 調(diào)用屏幕打印函數(shù)
    jmp $   ; 無限循環(huán)
    PrintStr:   ; 屏幕打印函數(shù)
    mov ax, HelloWorld   ; 將字符串拷貝到ax
    mov bp, ax   ; es:bp = 串地址
    mov cx, 24   ; cx = 串長度
    mov ax, 01301h   ; ah = 13, al = 01h
    mov bx, 000ch   ; 頁號為0(bh = 0) 黑底紅字(bl = 0ch,高亮)
    mov dl, 0
    int 10h   ; 10h號中斷
    ret
    HelloWorld: db "Welcome to Lee's OS *_*" ; 字符串負(fù)值
    times 510-($-$$) db 0   ; 用0x0填充剩余的空間使生成
       ; 的二進(jìn)制代碼剛好為512字節(jié)
    dw 0xaa55   ; 結(jié)束標(biāo)志
    ; 整個程序結(jié)束!很短吧