自制操作系统--1 环境搭建

网上有不少简单的加载器制作的文章，我也是初学，之前看过《Oranges‘s 一个操作系统的实现》，看到保护模式哪一点觉得非常头痛，有很多不清楚的地方，现在在看《30天自制操作系统》，虽然读起来简单多了，不过我使用的是Linux系统，做起来还是有些麻烦，此系列文章可以当作简单的学习笔记，不过会加上我个人的理解，将我当初迷茫的地方写出来，以及如何在Linux系统上搭建起操作系统的实验环境。最近一年准备主攻编译器和操作系统，希望能和大家一起学习，进步。

准备环境：

1.汇编器NASM，nasm是用的比较多的，采用intel汇编语法。有汇编基础的话很好学，文档见此处 NASM文档。

2.Bochs模拟器，要会使用简单的调试命令就行了。进入bochs后，输入help会有简单的帮助，差不多足够了。

Hello world

下面是一个简单的引导程序：

org 0x7c00        ; 告知nasm，代码会加载在0x7c00处，详细解释在后面
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	; 换行'\n'的ASCII码为10=0x0a
	db "Hello,world"
	db 0x0a
	db 0
	
	times 510-($-$$) db 0  ;重复到510字节处
	db 0x55,0xaa ;启动扇区标识

下面是Makefile，写得有点烂，见谅：

run : bochs a.img
	bochs -q  #启动
bin : 
	nasm -f bin hello.asm -o hello.bin  #编译生成bin格式文件
a.img : bin img
	dd if=./hello.bin of=./a.img bs=512 count=1 conv=notrunc  #将生成的文件写入软盘镜像
img : 
	bximage -q -fd -size=1.44 a.img  > /dev/null #创建软盘镜像
bochs:
	cp ~/bochsrc ./  #复制bochsrc到当前目录,这点实验的时候看情况更改
clean:
	-rm -f hello.bin bochsrc a.img

下面是复制过来的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

现在，make以下，bochs运行，输入c（表示继续，debug版本的bochs），可以看到模拟器上显示了Hello，world。

下面来说以下以上代码依赖的一些约定：

1.引导扇区，磁盘的0柱面，0磁头，1扇区被称为磁盘的主引导区，在这512个字节中，有446个字节可以提供给引导程序使用，其后的64个字节为分区表，再之后的2个字节为FLAG字段，值为0x55，0xAA才会被BIOS加载时识别。

2.BIOS加电自检之后，会将引导扇区加载到内存0x7c00开始的地方，至于为什么是0x7c00， 请点这里。

3.在上面的汇编程序中，我们使用了org 0x7c00这条命令，告诉nasm程序将被加载到0x7c00这个位置。当执行流刚到达0x7c00这里的时候，现在的段寄存器CS，SS，DS，ES都等于0。我们可以看以下hello.bin的反汇编代码，运行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 这一条指令，在代码里，写的是 mov si,msg.如果我们去掉前面的org 0x7c00的话，这里的指令就成了mov si,0x23.显然，如果其他寄存器都为0的话，此时下面显示字符串的指令肯定会出错，因为地址有问题。讲到这就可以知道，org 0x7c00并不是必须的，我们完全可以使用其他的方式到达同样的目的，比如像下面这样修改：

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

	mov si,msg

这样的话，执行跳转时CS会被设置为0x7c0，其他寄存器也被下面的指令初始化为0x7c0，就不会产生问题了。