听说始皇要大家学 linux?从头写一个操作系统 01,分享多年前学过的开源教程,当时记的中文笔记

事先声明,这个教程当年我重复做了很多遍,但最近没有复习,突然拿出来我自己也觉得有点陌生了,希望抛砖引玉吧,教程笔记我大概做到了 14 集,如果有喜欢的,我会稍微整理一下再分享出来。
好了,开始吧

此文源于 github 上的开源项目 GitHub - cfenollosa/os-tutorial: How to create an OS from scratch

开始前,如果不熟悉右边的知识点,建议先 google: assembler, BIOS

本节的目标:创建一个可以被 BIOS 识别的,可作为启动介质的文件

我们马上就要亲自完成一个引导扇区,你一定会很有成就感!

理论:

计算机启动时,首先启动的是 BIOS,但 BIOS 并不知道如何启动操作系统,它会把启动的
工作交给引导扇区中的指令。因此,引导扇区需要放在一个约定俗成的标准
位置上,也就是磁盘最开始 (cylinder 0, head 0, sector 0) 的那 512 个字节。

为了确认这个磁盘是可启动的,BIOS会确认启动引导扇区的第 511 与 512 字节
处是否是 “0xAA55”。

以下是一个简单例子:

e9 fd ff 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
[ 29 more lines with sixteen zero-bytes each ]
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 aa

如果是在 windows 系统上,也可以用 BZ 这个软件直接
编辑一个二进制文件,保存为 .bin 文件

上面文件的内容,几乎都是 0,并由 16 位的 ‘0xAA55’ 作为结尾(要注意 X86 是小端机)。开头的三字节使程序进入无限循环。

最简单的引导扇区

你可以像上面,用二进制编辑器写 512 个字节,也可以写一个非常简单的汇编文件。

; Infinite loop (e9 fd ff)
loop:
    jmp loop 

; Fill with 510 zeros minus the size of the previous code
times 510-($-$$) db 0
; Magic number
dw 0xaa55 

编译:
nasm -f bin boot_sect_simple.asm -o boot_sect_simple.bin

我知道你现在一定想看看,这个系统是否能够运行:

qemu boot_sect_simple.bin

在一些系统上,你可能要这样运行 qemu-system-x86_64 boot_sect_simple.bin
如果出现 SDL error, 试试添加 --nographic 与 --curses flag(s)的组合.

你会看到打开的窗口仅仅显示了 “Booting from Hard Disk…”。洋洋得意!:wink:

windows 上你需要把那个 .bin 文件用 FloppyWriter 这个软件写入到一个 img 文件中,然后用 vmware 创建一个未装系统的虚拟机,添加软盘硬件,向软盘中载入上面的img文件,然后启动虚拟机吧,你会看到一个什么字都没有的死循环,那同样代表你成功了,如果没有成功,会出现未发现操作系统的提示。至于 vmware 的操作请自行百度,未来的学习道路中会出现各种各样的困难,vmware 这样的商业软件已经是友好至极了。

我们再进一步,让屏幕打出 “Hello"
汇编的代码如下:

;boot_sect_hello.asm
mov ah, 0e
mov al, 'H'
int 0x10
mov al,'e'
int 0x10
mov al,'l'
int 0x10
mov al,'l'
int 0x10
mov al,'o'
int 0x10

jmp $
times 510-($-$$) db 0
dw 0xaa55

nasm -f bin boot_sect_hello.asm -o boot_sect_hello.bin
qemu-system-i386 boot_sect_hello.bin
启动系统的屏幕上将打出Hello几个字。
查看二进制文本:
hexdump boot_sect_hello.bin

将二进制直接使用 BZ 编辑器写入文件,如下:

再用 FloppyWriter.exe 写入 Image
13

使用 VMWare 载入软盘镜像,启动系统将输出:

是不是很完美?这让我想起了十几年前的一个笑话,有一个大神给朋友修电脑,一个下午一直坐再那里敲 0 和 1,最后电脑终于能够启动了,原来这个大神用0和1写了一个操作系统。我们同样用 0 和 1 写了一个系统(例如上面的 B4 0E 对应二进制1011 0100 0000 1110 ),只是很简单。

注,本文翻译自 github 上的开源项目 GitHub - cfenollosa/os-tutorial: How to create an OS from scratch

其中 windows 部分由本人添加,利于集思广益,但并不推荐使用 windows 系统
学习后面的内容。

BZ 下载地址 未测试 :http://www.vcraft.jp/soft/Bz162.zip
floppywriter 未测试:FloppyWriter/Release/FloppyWriter.exe at master · huangyingw/FloppyWriter · GitHub

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有意思

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太硬了 :+1:

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快进到这一步了吗?

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常规话题软件开发

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快了吗?我本以为自己只是响应了一下号召,哈哈哈

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0xAA55 ,可太熟悉了

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吾皇英明!bios这种不在话下

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今天写系统,明天撸芯片

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我真想看一下这个处理器这块,怎么开发 :smiling_face_with_three_hearts: :heart_eyes:

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不如从 “通过向硅片引入杂质(如磷或硼),改变其电学性质,形成n型或p型半导体”这里的原理开始学习?半导体 → 与非门 → 加法器 → 8位cpu done!

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不是从源头,就是最基础的自己写个cpu这种 :smiling_face_with_three_hearts:

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写的很好,我已经开始困了

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太强了

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cpu只负责计算,原理倒是不难,只是位数高,线路就复杂。
我可能理解的不对,你是说用 与门、或门、与非门这三个基础元件 实现cpu这样的逻辑过程吗?
我真的,教我姐孩子学编程的时候,就从这里开始,孩子在纸上画了一天,终于用这三个门,实现了加法器的逻辑,而我自己后来用模拟软件实现了一个 8位加法器,后来我听说有人在“我的世界”游戏里直接用红石电路建了个cpu。

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你是说用 与门、或门、与非门这三个基础元件 实现cpu这样的逻辑过程,是这个,有没有就是优化思路这种 :grinning:

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我不懂优化呀,我根本就不专业,愿与你一起呼唤大佬们出来教学!

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来佬,教教优化底层逻辑思路

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佬写得真的好,可是我已经睡着几次了 :sneezing_face:

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让我想起了硬盘逻辑锁

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