自制一个操作系统第一天

news2024/11/17 11:01:59

环境准备

自制操作系统的第一个困难是假设我们写好了操作系统，我们怎么模拟运行我们的操作系统？不用担心，已经有现成的模拟工具了，QEMU(Quick Emulator) 是一个广泛使用的开源计算机仿真器和虚拟机。使用它可以模拟硬件环境，运行我们的操作系统，使用brew install qemu安装它
为了编译汇编代码，还需要安装nasm，brew install nasm，报错如下

Error: Cannot install under Rosetta 2 in ARM default prefix (/opt/homebrew)!
To rerun under ARM use:
    arch -arm64 brew install ...
To install under x86_64, install Homebrew into /usr/local.

运行如下命令即可解决

/usr/sbin/softwareupdate --install-rosetta --agree-to-license

再次brew install nasm即可

引导程序

硬件如何知道该怎么加载内核？是通过引导程序来实现的。加载内核以启动计算机的过程，称为系统引导(booting)，大多数计算机系统都有一小段代码，称之为引导程序(bootstrap program)或者引导加载程序(bootstrap loader)。这段代码能够定位内核并加载到内存以开始执行
我们可以写一个最简单的引导程序交给硬件执行

loop:
    jmp loop

; 填充剩余的字节都是0，直到510字节
times 510-($-$$) db 0
; Magic number
dw 0xaa55

这段汇编的意思是生成一段512字节的MBR，使得系统在引导的时候进入死循环，其中最后两个字节是固定的，0x55aa表示磁盘是可引导的，由于计算机内部都用小端法，所以要逆过来写成0xaa55

可以这样理解，从左到右是地址从低到高，小端法是把每个字节逆着写，也就是低地址写高位字节，大端法是正着写

使用nasm -f bin source.asm -o source.bin编译生成source.bin文件，然后使用qemu-system-x86_64 source.bin运行这段引导程序，如下所示
我们也可以使用xxd source.bin来查看生成的十六进制代码，如下所示

00000000: ebfe 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000010: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000020: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000030: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000040: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000050: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000060: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000070: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000080: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000090: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000000a0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000000b0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000000c0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000000d0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000000e0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000000f0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000100: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000110: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000120: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000130: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000140: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000150: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000160: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000170: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000180: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
00000190: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000001a0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000001b0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000001c0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000001d0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000001e0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
000001f0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 55aa  ..............U.

我们尝试使用下面的代码在屏幕上打印Hello World，al和ah是ax寄存器的两部分，先将0x0e写入ah寄存器，表示以tty模式显示al寄存器中的内容，然后每次写完发出一个0x10的中断，每次中断就相当于打印出来al寄存器中的内容了，这是硬件提供的功能

mov ah, 0x0e; tty mode
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
mov al, ' '
int 0x10
mov al, 'W'
int 0x10
mov al, 'o'
int 0x10
mov al, 'r'
int 0x10
mov al, 'l'
int 0x10
mov al, 'd'
int 0x10

times 510-($-$$) db 0

dw 0xaa55