《orang’s一个操作系统的实现》第一章：动手写一个最小的操作系统学习笔记

本文将使用虚拟软盘运行最小操作系统代码。

运行本章示例代码

1、windows下打开Ubuntu 18.04 LTS，使用cd命令切换到第一章示例代码目录，x 选择a或者b。

cd chapter1/x

2、创建一个大小为1M的文件TINIX.IMG，内容全为0。

dd if=/dev/zero of=TINIX.IMG bs=512 count=2880

命令解释：dd：用指定大小的块拷贝一个文件，并在拷贝的同时进行指定的转换。

if=FILE 从FILE中读取数据，而不是默认的标准输入。
of=FILE 往FILE中写入数据，而不是默认的标准输出。
ibs=BYTES 读取数据时，一次性读出BYTES大小的块，如果不指定，默认512字节。
obs=BYTES 写入数据时，一次性写入BYTES大小的块，如果不指定，默认512字节。
bs=BYTES 统一ibs和obs的值（如果指定了ibs或者obs，则bs会将ibs和obs覆盖掉）。
count=N 总共读取N*ibs字节数的数据，当然写入的数据也是这个大小

3、将TINIX.IMG格式化为vfat（FAT32）格式的盘符。

sudo mkfs.vfat TINIX.IMG

4、将编译生成的boot.bin写入虚拟盘中。写入大小为512字节。

dd conv=notrunc if=boot.bin of=TINIX.IMG bs=512 count=1

命令解释：conv=CONVERSION，数据写入文件时的转换规则，notrunc 表示如果目的文件已经存在，那么不要截断文件内容。默认是会截断成0字节大小。一般配合oflag=append使用，不截断并且以追加方式写入数据。
5、使用qemu运行程序。

qemu-system-i386 -fda TINIX.IMG -boot a -m 64M

6、运行结果如下所示：

调试示例程序

【待添加】

计算机启动过程

1、按下电源按钮后，计算机首先读取一块ROM芯片，这块芯片里的程序是”基本输入输出系統”（Basic Input/Output System），即BIOS。
2、BIOS会检查计算机硬件是否满足运行条件，如果硬件出现问题，主板会发出不同含义的蜂鸣，启动中止。
3、硬件检查完成后，BIOS会将控制权交给下一阶段的启动程序，注意，“下一阶段的启动程序”可能存放在硬盘中，也可能存放在CD/DVD中，或者软盘中等等，可以设置BIOS选择从哪个设备启动。BIOS找到一个设备后，会读取该设备的第一个扇区，也就是读取最前面的512个字节。如果这512个字节的最后两个字节是0x55和0xAA，则BIOS认为它是一个引导扇区（Boot Sector）。表明这个设备可以用于启动；如果不是，表明设备不能用于启动，控制权于是被转交给”启动顺序”中的下一个设备。
4、BIOS找到了“下一阶段的启动程序”所在设备，会读取该设备的第一个扇区，即读取最前面的512字节，称为主引导记录。主引导记录会告诉计算机下一步到哪里去找操作系统。一旦BIOS发现了引导扇区，就会将其装载到内存的0000:7C00h处，然后跳转入0000:7C00h处将控制权交个这段引导代码。这就是为什么第1行用的是07C00h了。
5、计算机读取”主引导记录”前面446字节的机器码之后，运行事先安装的“启动管理器”bootloader，由用户选择启动哪个操作系统。如果你安装了多个操作系统，那么就要从这步做出选择了。
6、好了，选择操作系统（内核）后，会加载内核，下面就交给内核去处理了。

源代码详解

chapter1/a/boot.asm 源代码

   org	07c00h			; 告诉编译器程序加载到7c00处
   mov	ax, cs          ; ds,es都指向cs相同的段
   mov	ds, ax
   mov	es, ax
   call	DispStr		; 跳转到显示字符串程序
   jmp	$			    ; 无限循环
DispStr:                ;定义label:DispStr
   mov	ax, BootMessage ; 将字符串BootMessage的首地址传给ax寄存器
   mov	bp, ax			; ES:BP = 串地址
   mov	cx, 25			; 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                  ;子程序返回
BootMessage:		db	"Hello, misonyo OS world!"     ;定义字符串常量
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

源代码涉及到的NASM汇编语法

• org：origin缩写，在汇编语言源程序的开始通常都用一条ORG伪指令来实现规定程序的起始地址。如果不用ORG规定则汇编得到的目标程序将从0000H开始。
• mov:
  
• call：这条指令实现子程序（过程、函数等）的调用及返回。call指令首先将当前执行指令地址入栈，然后无条件转移到由标签指示的指令。与其它简单的跳转指令不同，call指令保存调用之前的地址信息（当call指令结束后，返回到调用之前的地址）。
• jmp：跳转指令。’$’计算得到它本身所在源代码行的开始处的地址；’jmp $’表示无限循环。
• ret：子程序完成任务后返回指令。
• db：伪指令，定义字节类型变量。占一个字节。开辟一块内存，并后后面的参数放入内存中。
• dw：伪指令，定义字类型变量，占2个字节。
• times: 重复指令或数据。第2个参数为指令重复的次数，后面为指令。’KaTeX parse error: Can’t use function ‘$’ in math mode at position 15: ‘计算当前段开始处的地址，’$̲-’：本行距离程序开始处的相对距离。

80386寄存器简介

80386共有7种类型寄存器：


1、通用寄存器(EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、ESI、EDI)(32位)

• EAX：Accumulator，累加器，常用于算术、逻辑运算。
• EBX：Base，基址寄存器，常用于地址索引。
• ECX：Count，计数寄存器，常用于计数及保存计算值。
• EDX：Data，数据寄存器，常用于数据传递。
• ESP：Stack Pointer，堆栈指针寄存器，指向目前的堆栈位置。
• EBP：Base Pointer，基址指针寄存器，可用作SS的一个相对基址位置。
• ESI：Source Index，源变址寄存器。
• EDI：Destinatin Index，目标变址寄存器。

2、段寄存器(CS、SS、DS、ES、FS、GS)（16位）

• CS：Code Segment，代码段寄存器
• SS：Stack Segment，堆栈段寄存器
• DS：Data Segment，数据段寄存器
• ES\FS\GS：Extra Segment，附加段寄存器。
• 这些段寄存器中存放的不再是某个段的基地址，而是某个段的选择符（Selector）。因为16 位的寄存器无法存放32 位的段基地址，段基地址只好存放在段的描述符（Descriptor）中。

3、指令指针寄存器和标志寄存器(EIP、EFLAGS)

• EIP：指令指针寄存器
• EFLAGS：标志寄存器
• 指令指针寄存器（EIP）中存放下一条将要执行指令的偏移量（offset ），这个偏移量是相对于目前正在运行的代码段寄存器（CS）而言的。偏移量加上当前代码段的基地址，就形成了下一条指令的地址。

4、系统表寄存器(GDTR、IDTR、LDTR、TR)

• GDTR：Global Descriptor Table Register，全局描述符表寄存器。48 位寄存器，用来保存全局描述符表（GDT）的32 位基地址和GDT 的大小（16位）。
• LDTR：Local Descriptor Table Register，16 位寄存器，保存局部描述符表LDT 段的选择符。
• IDTR：Interrupt Descriptor Table Register，48 位寄存器，用来保存中断描述符表（IDT）的32 位基地址和IDT的大小（16位）。
• TR：Task State Register，16 位寄存器，用于保存任务状态段TSS 段的16 位选择符。

5、控制寄存器(CR0、CR1、CR2、CR3、CR4)
6、调试寄存器(DR0、DR1、DR2、DR3、DR4、DR5、DR6、DR7)
7、测试寄存器(TR6、TR7)

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