【操作系统】Orange‘s学习笔记(一) 第一章、第二章
文章目录
- 一、工作环境和准备工作
- 二、第一章 马上动手写一个最小的“操作系统”
- 1. 第一章笔记
- 2. nasm学习
- 3. 实际操作
- 三、第二章 搭建你的工作环境
- 1. bochs安装和使用步骤
- 2. bochs调试操作系统
一、工作环境和准备工作
学习环境：
Windows(原机) + Ubuntu 12.04.5(Oracle VM VirtualBox虚拟机) + Bochs.2.6.8 + NASM + GCC
环境搭建：
- 我们要在
windows系统下安装virtualbox软件； - 之后要用
virtualbox创建一个虚拟机，并为这个虚拟机安装ubuntu系统； - 接着启动刚装好的
ubuntu虚拟机，在其中安装bochs（注意编译时的配置选项，书中有说明，不然将无法进行调试）； - 最终运行书中的第一个示例
软件& Linux Distribution 版本要求：
virtualbox：6.0.12ubuntu镜像：ubuntu-12.04.5-desktop-i386.isobochs：bochs-2.6.8.tar.gz
简要的参考步骤：
-
卸载系统中已有的
virtualbox，安装最新版本的
https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads； -
用
virtualbox创建并安装Ubuntu系统，从http://mirrors.163.com/ubuntu-releases下载ubuntu-12.04.5-desktop-i386.iso镜像进行安装； -
从
http://bochs.sourceforge.net/getcurrent.html下载bochs源码bochs-2.6.8.tar.gz，在ubuntu中编译安装bochs软件 -
使用
bximage创建软驱，调试书上第一个例子。具体书中已经写了。同时参考http://bbs.21ic.com/blog-1423056-134746.html
书的第一章是简要开头，第二章是准备工作。
二、第一章 马上动手写一个最小的“操作系统”
1. 第一章笔记
书中给出的代码如下：
org 07c00h ; 告诉编译器程序加载到7c00处
mov ax, cs
mov ds, ax ; 使ds,es段寄存器指向与cs相同的段
mov es, ax
call DispStr ; 调用显示字符串例程
jmp $ ; 无限循环
DispStr:
mov ax, BootMessage
mov bp, ax ; ES:BP = 串地址
mov cx, 16 ; 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
BootMessage: db "Hello, OS world!"
times 510-($-$$) db 0 ; 填充剩下的空间，使生成的二进制代码恰好为512字节
dw 0xaa55 ; 结束标志
上述代码实际上是一个引导扇区 boot sector ，它直接在裸机上运行，不依赖于其他软件。当计算机电源被打开后：
- 计算机先进行加电自检
POST； - 然后寻找启动盘，如果是选择从软盘打开，BIOS会检查软盘的
0面0磁道1扇区，如果发现该扇区是以0xaa55结束，则BIOS认为它是一个boot sector； - 一旦BIOS发现了引导扇区，就会将这
512字节的内容装载到内存地址0000:7c00处，然后跳转到0000:7c00处将控制权彻底交给这段引导代码； - 此后，计算机不再由BIOS控制，而是由操作系统的一部分来控制。
部分指令说明：
org伪指令，用来规定程序存放单元的偏移量，如果在源程序的第一条指令使用了这样的指令如org 2000h，则汇编程序会把ip设为2000h，程序的第一个字节存放到2000h处，然后依次顺序存放后面的内容，直到遇到另一个org。times 510-($-$$) db 0将0字节重复510-($-$$)次。
2. nasm学习
本书使用的是 nasm 的语法(The Netwide Assembler) ，NASM是目前唯一开源免费的汇编器，和MASM一样遵从Intel语法，指令集、语法规则几乎完全相同。
实模式编程：Linux和Windows运行在x86的机器上，都是运行在保护模式下的，因此我们需要将编译好的实模式程序写进虚拟硬盘的主引导扇区，然后由虚拟机启动来观察程序运行效果。
和 masm 的区别在于：
nasm中任何不被方括号[]括起来的标签和变量名都是地址；访问标签中的内容必须用[]；因此不需要offset关键字；nasm中，变量和标签是一样的，下面两条语句是等价的：foo dw 1 foo : dw 1nasm中的$是当前语句的地址；$$是本节section的起始语句的地址。nasm中使用section表示一段代码，后面跟一个段的名称(自定义)和段属性。nasm的标准段包括section .data/section .text/section .bss，它们默认包含vstart = 0的语义，即段内的指令和标号的汇编地址都是段内偏移地址。
先安装 nasm ，然后使用 nasm 编译上述的代码，我们就得到了一个 512 字节的 boot.bin 代码：
sudo apt-get install nasm
nasm boot.asm -o boot.bin
其他nasm指令参见nasm中文手册。
3. 实际操作
我的机器没有软驱，所以要创建一个虚拟软盘。由于 VirtualBox 不能像创建虚拟空白硬盘一样创建虚拟软盘，而只能选择一个已有的虚拟软驱 .img ，所以要先创建一个基于编译得到的 boot.bin 的虚拟软盘。 命令如下：
dd if=boot.bin of=floppy.img bs=512 count=1
这条命令创建出一个大小为 512B ，名为 floppy.img ，写入了 boot.bin 的虚拟软盘镜像。其中 boot.bin 是读取位置，floppy.img 是写入位置。
为了实现像书中一样的效果，可以在 VirtualBox 里创建一个 MyOS 虚拟机。点击新建后，过程中要改动的默认设置有：操作系统和版本都选择 Other ，内存大小选 4 mb ，不创建虚拟硬盘。
建成后不要启动，还需要进行设置：
- 选中建好的
MyOS，点击设置 ，在系统中启动顺序只在软驱上打√； - 存储中，选择添加软盘控制器，然后添加虚拟软驱，选择文件夹下的
floppy.img，点击OK；
- 这时虚拟机
MyOS就完成了，启动后画面如下：
这样，第一章就完成了。
三、第二章 搭建你的工作环境
如果一直使用虚拟软盘，太麻烦了，所以我们需要使用 bochs 搭建工作环境。
书中分别介绍了 windows 和 linux 的安装过程，我这里虽然是 windows 的机器，但是全部过程都在 linux 虚拟机中完成。
尽管如此，为了使用实验提供的环境和程序源代码，我开启了VGA增强功能，创建了一个共享文件夹，用于主机和虚拟机的信息交换。
1. bochs安装和使用步骤
这一部分折腾了我许久，书中的一些配置现在已经不适合了，出现了许多错误。
① 预装相关程序和库：
sudo apt-get install build-essential xorg-dev libgtk2.0-dev
② 安装前的配置命令：(在 root 用户下)
./configure --with-x11 --with-wx --enable-debugger --enable-disasm --enable-all-optimizations --enable-readline --enable-long-phy-address --enable-debugger-gui
③ 编译安装
make
make install
④ 将 bochs2.6.8 目录下的 bios 文件夹中的全部内容复制到 /usr/share/bochs 目录中，没有 bochs 文件夹的话需要自己创建。
⑤ 设置配置文件。这一步相当重要，如果没有设置好的话，就会出现各种各样的错误：
###############################################################
# Configuration file for Bochs
###############################################################
# how much memory the emulated machine will have
megs: 32
# 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=0
# enable key mapping, using US layout as default.
keyboard: keymap=/usr/local/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map
上面是我的配置文件 bochsrc 。如果照着书中的配置的话，会出现一些错误：
- 运行bochsrc时，出现错误
ROM: couldn't open ROM image file '/usr/share/bochs/BIOS-bochs-latest'，要将第9行的romimage: file=/usr/share/bochs/BIOS-bochs-latest改为romimage: file=/usr/local/share/bochs/BIOS-bochs-latest； - 运行bochsrc时，出现错误
bochsrc:10: vgaromimage directive malformed，要将bochsrc文件中第10行的vgaromimage: /usr/share/vgabios/vgabios.bin改为vgaromimage: file=/usr/share/vgabios/vgabios.bin或者改为我给出的配置文件中的形式，具体视bochs/bios中的内容和自己的文件夹组织方式而定； - 运行时出现关于
keymap的错误如：
需要将文件最后一行的keyboard_mapping: enabled=1, map=/usr/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map改为keyboard: keymap=/usr/local/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map。
⑥ 利用 bximage 生成软盘映像，在第一步提示中输入 fd 即可。具体可以参照书中描述。
⑦ 将引导扇区 boot.bin 写入虚拟软盘：
dd if=boot.bin of=a.img bs=512 count=1 conv=notrunc
⑧ 运行 bochs ：
- 启动
bochs：bochs - 默认选择
[6]，因此回车即可，然后弹出一个黑框，无内容：
- 此时在终端中键入
c并回车就会执行：
2. bochs调试操作系统
运行的是一个有调试功能的 bochs ，启动后会出现若干选项，一般默认为 6. Begin simulation ，直接按回车键就可以了。不过之后 bochs 没有直接进入运转，而是给出了一个提示符，等待输入。
此时，如果要调试的话，可以设置断点、查看CPU寄存器、查看某个内存地址的内容等。具体过程见书。
一些常用的命令如下：
