《自己动手写操作系统》(一)

2019-4-26 AM 9:15

前言：记得上初中时，在一张英语报上看到一篇关于史蒂夫乔布斯的文章，那时他才20多岁，就已经达到人生的巅峰，可谓意气风发，我的内心对其充满崇敬之意。联想到表哥家的那台windows95大块头电脑，时常偷偷玩上两把魔兽争霸，那时，已经对这个魔术般奇幻的机器充满好奇。再后来一直到大学，在偌大的图书馆看到关于计算机的书籍，里边总是浮现一些不明所以的代码，既感到神奇的同时也暗下决心一探究竟，我记得第一次运行hello world程序的狂喜心情，然后这种对计算机技术的热爱就一直延续至今。很纯粹的热爱，就想弄明白操作系统的运作原理，便想依照于渊老师的《自己动手写操作系统》做一个小的系统内核，真正属于自己的！想想都有种莫名的激动。

基本上，书中都是在虚拟机上运行，我手边有一个基本上不用的联想Y460的笔记本电脑，我决定直接在这个机器上做实验，不知是不是对不起我的爱机？

以前实际上是有过类似的写操作系统的经验的，但因为没有任何文档记录，现在得一切从头开始。这两天已经摸索出基本测试思路：1.使用notepad++文本编辑器编辑好系统代码，asm格式。2.使用NASM转为格式为bin文件 3.直接使用rawrite写入U盘 4.使用真机测试

第一章--最小的“操作系统”

最最简单的“操作系统”就是一个最最简单的引导扇区(Boot Sector)。虽然它不具有任何功能，但是它却能够直接在裸机上运行，不依赖其他软件。一个引导扇区是512个字节，并且以0xAA55为结束标识的扇区。

/****************************************************************************************************************************************************引导扇区(Boot Sector) 通常指设备的第一个扇区，用于加载并转让处理器控制权给操作系统。

0x07C00相当于十进制中的：31744

***************************************************************************************************************************************************/

1. org 07C00h                          ; 告诉编译器程序加载到07C00处  
2.        mov ax, cs  
3.        mov ds, ax  
4.        mov es, ax  
5.        call DispStr                     ; 调用显示字符串例程  
6.        jmp $                    ; 无限循环  
7. DispStr:  
8.        mov ax, BootMessage  
9.        mov bp, ax                       ; es:bp = 串地址  
10.        mov cx, 16                       ; cx = 串长度  
11.        mov ax, 01301h               ; ah = 13, al = 01h  
12.        mov bx, 000Ch                ; 页号为0(bh = 0) 黑底红字 (bl = 0Ch,高亮)  
13.        mov dl, 0  
14.        int 10h                          ; 10h号中断  
15.        ret  
16. BootMessage:  db "Hello,OS world!"  
17. 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  
18. dw 0xaa55                               ; 结束标志  

1、org 07C00h

org伪指令： org + 数值表达式

其中，org是操作码，不可省略。数值表达式给出偏移地址值，即org语句后的指令或数据以数值表达式给出的值作为起始的偏移地址。数值表达式必须是一个可计算得到的正整数，数值范围在0～65535之间。

org伪指令用来指出其后的程序段或数据块存放的起始地址的偏移量。汇编程序汇编时把语句中表达式的值作为起始地址，连续存放org语句之后的程序和数据，直到出现一个新的org指令。若省略org语句，则从本段起始地址开始连续存放。

在大多数情况下，不需要用org语句设置位置指针。由于段定义语句是段的起点，它的偏移地址为0000H，以后每分配一个字节，位置指针自动加1，所以每条指令都有确定的偏移地址。只有程序要求改变这个位置指针时，才需要安排org语句。通常org语句可以出现在程序中任何位置上。   

org示例：

在数据段中依次定义以下变量，由于此时没有使用org语句，则变量word1的偏移地址为0。
word1 DW  1234h
byte1  DB   56h
word2 DW  abcdh
其在数据段中word1，byte1，word2的存储位置如下图所示(采用小端存储，按单字节对齐)。

在数据段中依次定义以下变量，由于此时使用org语句，则变量word1的偏移地址为1。
org 0001h
word1 DW  1234h
byte1  DB   56h
word2 DW  abcdh
其在数据段中word1，byte1，word2的存储位置如下图所示(采用小端存储，按单字节对齐)。

我们知道编译器本身在汇编时对指令的地址计算是相对地址，而对于引导扇区，是按绝对地址执行，那么对于用相对地址编译的执行码就要换算成绝对地址。一般而言，“真实开始执行的引导扇区”都会固定装载到07C00h处。

由于编译器在编译时的地址是从第一行开始用0000h开始相对计算的，而且我们要写的是“引导扇区”程序，所以我们要将下面的代码加载到地址07C00h处，所以我们需要org 07C00h，通过该伪指令，将代码和数据加载到07C00h地址。

2、jmp $

$被称为当前位置计数器

在汇编程序对源程序进行汇编的过程中，使用地址计数器来保证当前正在汇编的指令地址。地址计数器值可用“$”来表示，汇编语言也允许用户直接用“$”来引用地址计数器的当前值，因此，org $＋5可表示从当前地址开始跳过5个字节存储单元，在指令和伪指令中，也可直接用“$”表示地址计数器的当前值。故jmp $进入了一个无限循环。

3、int  10h

int  10H号中断

int 10H 是由BIOS 对屏幕及显示器所提供的服务程序。使用int 10H 中断服务程序时，先指定 AH 寄存器为下表编号其中之一，该编号表示欲调用的功用，而其他寄存器的详细说明，参考表后文字，当一切设定好之后再调用 int 10H。

在这里我们只详细讲解本程序中的10号中断。由于ah=13，故调用编号为13的功能：即显示字符串。其中ES:BP=串地址，CX=串长度 ，AH=13，当AL=01h时，光标会跟随显示移动。BH为页号，BH=0表示页号为0，BL=0CH，表示属性，即黑底红字高亮。因此在调用10号中断之前，无非就是对各个寄存器进行初始化。

4、times 510-($-$$)  db  0

times：重复指令或数据

times前缀引起指令被汇编多次。其中

)次。也就是用0来填充剩下的空间，达到510字节。

 

打开计算机电源；加电自检(POST)；寻找启动盘，该系统设置从软盘启动，计算机检查软盘的0面0磁道1扇区，如果发现它以0xAA55结束，则BIOS会认为它是一个引导扇区；BIOS将该512字节扇区内容加载到内存地址0000:7c00；跳转到0000:7C00出将控制权交给这段引导代码。到此为止，计算机不再由BIOS中固有的程序来控制，而变成由操作系统的一部分来控制。