操作系统实战01——运行一个最简单的操作系统HelloOS

操作系统是所有软件的基础，所有上层软件都要依赖于操作系统提供的各种机制，才能运行

操作系统也是一个应用，但工业级的操作系统有着上千万行的代码，其难度不亚于研制一颗原子弹

这里我们通过实现一个简单的HelloOS，让你练练手，直观的感受一下

目录

一、HelloOS安装运行
二、HelloOS构成
三、Grub原理

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一、HelloOS安装运行

先把程序跑起来了，我们再细究原理

• 代码：HelloOS为极客时间《操作系统实战45讲》的例子，很不错的专栏，下载位置：点击我
• 环境：我是在VMware + Ubuntu 16.04环境下运行的（别的环境也可以，但可能出现一些小问题），虽然Ubuntu有提供图形化界面，但掌握一些基本的linux命令更佳。
  Ubuntu需要安装：gcc工具编译c语言（sudo apt-get install build-essential）、nasm汇编器（sudo apt-get install nasm）与make工具(读取当前一个叫“makefile”的文件，这个文件中写好了构建软件的规则，它能根据这些规则自动化构建软件)（sudo apt-get install make)
• 执行过程：
  • 1）下载代码：（上面链接）到自己虚拟机上，如果是ubuntu图形化界面，可以直接通过火狐浏览器下载ZIP文件（其他方式：使用git下载也是一个不错的选择）
  • 2）编译代码：在代码当前目录下执行：make命令 编译该项目，生成HelloOS.bin文件
  • 3）grub启动配置：
    我们将HelloOS作为一个操作系统启动项供grub启动，因此需要能够在PC启动时进入grub引导菜单，并选择启动HelloOS，为了能够每次启动时进入grub引导菜单，需要进行如下设置（/etc/default/grub）：
    
    更新grub：sudo update-grub
  • 4）安装 Hello OS
    我们编译得到了HelloOS.bin。但是我们还要让 GRUB 能够找到它，才能在计算机启动时加载它。GRUB 在启动时会加载一个 grub.cfg 的文本文件，根据其中的内容执行相应的操作，其中一部分内容就是启动项。GRUB 首先会显示启动项到屏幕，然后让我们选择启动项，最后 GRUB 根据启动项对应的信息，加载 OS 文件到内存。

    • 1）Hello OS 的启动项(将其添加到 /boot/grub/grub.cfg 文件尾)：

      
      menuentry 'HelloOS' {
           insmod part_msdos #GRUB加载分区模块识别分区
           insmod ext2 #GRUB加载ext文件系统模块识别ext文件系统
           set root='hd0,msdos4' #注意boot目录挂载的分区，这是我机器上的情况
           multiboot2 /boot/HelloOS.bin #GRUB以multiboot2协议加载HelloOS.bin
           boot #GRUB启动HelloOS.bin
      }
      

    • 2）把 Hello OS.bin 文件复制到 /boot/ 目录下，最后重启计算机，你就可以看到 Hello OS 的启动选项了。

      

    • 3）加入HelloOS后，发现报boot目录挂载的分区不存在，我们需要修改menuentry 'HelloOS’里面的boot分区为你自己Ubuntu上的

    • 4）查看自己Ubuntu上的bootboot挂载的分区：
      在上图的工作目录下点击按键c进入grub命令行下，在grub命令行里确认（通过确认（hd0,gpt3)，可以查看到HelloOS.bin）。所以我的是在第一个磁盘，第3个分区下

    • 5）修该启动项
      insmod part_msdos 修改为 part_gpt
      set root=‘hd0,gpt3’

    • 6）再次重启Ubuntu（一个简单的HelloOS运行成功）
      

    • 7）如果发生HelloOS.bin找不到

      这个就是要确认boot的挂在路径是/还是/boot（在 Linux 系统的终端下输入命令：df /boot/）

      文件系统 1K-块 已用 可用 已用% 挂载点
      /dev/sda4 48752308 8087584 38158536 18% /
      如果跟上面的一样，不用修改。
      但是如果挂载点是/boot，需要把路径改为multiboot2 /HelloOS.bin
      当然你也可以在grub命令行里面确认，
      如果ls (hd0,gpt2)/boot 找不到boot目录，就 ls (hd0,gpt2)/，如果能看到HelloOS.bin,说明grub把boot设为root，路径前面不需要加boot了。

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二、HelloOS构成

• 1、MakeFile（这个文件中写好了构建软件的规则，make工具能根据这些规则自动化构建软件）

• 2、vgastr.c与vgastr.h： 控制计算机屏幕的显示

  //彭东 @ 2021.01.09
  
  void _strwrite(char* string)
  {
      char* p_strdst = (char*)(0xb8000);
      while (*string)
      {
  
          *p_strdst = *string++;
          p_strdst += 2;
      }
      return;
  }
  
  void printf(char* fmt, ...)
  {
      _strwrite(fmt);
      return;
  }
  

• 3、main.c：打印Hello OS
  其中printf函数是自己实现的，调用的上面的函数

  //彭东 @ 2021.01.09
  #include "vgastr.h"
  void main()
  {
    printf("Hello OS!");
    return;
  } 
  

• 4、entry.asm：汇编代码，操作操作特定的硬件（代码就不展示了、辣眼睛，有兴趣的可以自己去读）

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三、Grub原理

grub是一个引导程序，只要我们的 PC 机上安装了 Ubuntu Linux 操作系统，GRUB 就已经存在了。

• Hello OS 的引导流程
  
  简单解释一下，PC 机 BIOS 固件是固化在 PC 机主板上的 ROM 芯片中的，掉电也能保存，PC 机上电后的第一条指令就是 BIOS 固件中的，它负责检测和初始化 CPU、内存及主板平台，然后加载引导设备（大概率是硬盘）中的第一个扇区数据，到 0x7c00 地址开始的内存空间，再接着跳转到 0x7c00 处执行指令，在我们这里的情况下就是 GRUB 引导程序。

• 作用
  我们将HelloOS作为一个操作系统启动项供grub启动，因此需要能够在PC启动时进入grub引导菜单（上面的配置/etc/default/grub），并选择启动HelloOS。

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