配置环境遇到的问题

virtualBox实现windows和Ubuntu之间的复制粘贴

1.修改设置，设置共享粘贴板为双向

或者在运行的虚拟机的窗口中进行设置

2.安装virtualbox增强功能
(1)直接联网安装 设备----安装增强功能
3.补充
windows中终端和文档复制的快捷键为ctrl+c，粘贴的快捷键为ctrl+v
Linux中终端复制的快捷键为ctrl+shift+c，粘贴的快捷键为ctrl+shift+v；文档中直接使用ctrl+c,ctrl+v;

设置清华大学开源软件镜像

01程序的运行过程：从代码到机器运行

gcc只是完成编译工作的驱动程序，它会根据编译流程分别调用预处理程序、编译程序、汇编程序、连接程序完成具体工作。

手动控制以上的编译流程：

gcc HelloWorld.c -E -o HelloWorld.i预处理：加入头文件，替换宏
gcc HelloWorld.c -S -c -o HelloWorld.s编译：包含预处理，讲C程序转换成汇编程序
gcc HelloWorld.c -c -o HelloWorld.o汇编：包含预处理和编译，将汇编程序转换成可连接的二进制程序
gcc HelloWorld.c -o HelloWorld链接：包含以上所有操作，将可链接的二进制程序和其他别的库链接在一起，形成可执行的程序文件。

计算机必须具备五大基本组件：

1. 装载程序和数据的输入设备
2. 记住程序和数据的存储器
3. 完成数据加工处理的运算器
4. 控制程序执行的控制器
5. 显示处理结果的输出设备

将HelloWorld程序装入原型计算机

可以通过gcc -c -S HelloWorld得到汇编代码。用objdump -d HelloWorld程序得到HelloWorld.dump

以上图中，分成四列：第一列为地址；第二列为十六进制，表示真正装入机器中的代码数据；第三列是对应的汇编代码；第四列是相关代码的注释。这是 x86_64 体系的代码，由此可以看出 x86 CPU 是变长指令集

思考题

为了实现 C 语言中函数的调用和返回功能，CPU 实现了函数调用和返回指令，即上图汇编代码中的“call”，“ret”指令，请你思考一下：call 和 ret 指令在逻辑上执行的操作是怎样的呢？
思考题: 首先假设CPU执行指令是顺序执行的，那么程序的调用需要考虑几个问题:
1，call指令要执行的代码在哪？也就是被调用函数的第一条指令所在的内存地址
2，被调用函数执行完之后，返回哪个位置继续执行？
只要解决上面这两个问题，那么函数调用时指令的间的跳转就迎刃而解了。

针对第一个问题，在gcc编译完成之后，函数对应的指令序列所在的位置就已经确定了，因此这是编译阶段需要考虑的问题

至于第二个问题，在执行完call指令的同时，需要将call指令下面一条指令的地址保存到栈内存中，同时更新%rsp寄存器指向的位置，然后就可以开始执行被调函数的指令序列，执行完毕后，由ret指令从rsp中获取栈顶的returnadress地址，然后跳转到call的下一条指令继续执行。

02几行汇编几行C

PC机的引导流程

只要PC机上安装了Ubuntu Linux操作系统，GRUB就已经存在了。写Hello OS之前，先搞清楚Hello OS的引导流程，如下图所示：

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。

Hello OS引导汇编代码

C作为通用的高级语言，不能直接操作特定的硬件，而且C语言的函数调用、函数传参都需要用栈。栈由特定的栈寄存器指向，所以先用汇编代码处理好这些C语言的工作环境。

MBT_HDR_FLAGS EQU 0x00010003
MBT_HDR_MAGIC EQU 0x1BADB002 ;多引导协议头魔数
MBT_HDR2_MAGIC EQU 0xe85250d6 ;第二版多引导协议头魔数
global _start ;导出_start符号
extern main ;导入外部的main函数符号
[section .start.text] ;定义.start.text代码节
[bits 32] ;汇编成32位代码
_start:
jmp _entry
ALIGN 8
mbt_hdr:
dd MBT_HDR_MAGIC
dd MBT_HDR_FLAGS
dd -(MBT_HDR_MAGIC+MBT_HDR_FLAGS)
dd mbt_hdr
dd _start
dd 0
dd 0
dd _entry
;以上是GRUB所需要的头
ALIGN 8
mbt2_hdr:
DD MBT_HDR2_MAGIC
DD 0
DD mbt2_hdr_end - mbt2_hdr
DD -(MBT_HDR2_MAGIC + 0 + (mbt2_hdr_end - mbt2_hdr))
DW 2, 0
DD 24
DD mbt2_hdr
DD _start
DD 0
DD 0
DW 3, 0
DD 12
DD _entry
DD 0
DW 0, 0
DD 8
mbt2_hdr_end:
;以上是GRUB2所需要的头
;包含两个头是为了同时兼容GRUB、GRUB2
ALIGN 8
_entry:
;关中断
cli
;关不可屏蔽中断
in al, 0x70
or al, 0x80
out 0x70,al
;重新加载GDT
lgdt [GDT_PTR]
jmp dword 0x8 :_32bits_mode
_32bits_mode:
;下面初始化C语言可能会用到的寄存器
mov ax, 0x10
mov ds, ax
mov ss, ax
mov es, ax
mov fs, ax
mov gs, ax
xor eax,eax
xor ebx,ebx
xor ecx,ecx
xor edx,edx
xor edi,edi
xor esi,esi
xor ebp,ebp
xor esp,esp
;初始化栈，C语言需要栈才能工作
mov esp,0x9000
;调用C语言函数main
call main
;让CPU停止执行指令
halt_step:
halt
jmp halt_step
GDT_START:
knull_dsc: dq 0
kcode_dsc: dq 0x00cf9e000000ffff
kdata_dsc: dq 0x00cf92000000ffff
k16cd_dsc: dq 0x00009e000000ffff
k16da_dsc: dq 0x000092000000ffff
GDT_END:
GDT_PTR:
GDTLEN dw GDT_END-GDT_START-1
GDTBASE dd GDT_START

1. 代码 1 ~ 40 行，用汇编定义的 GRUB 的多引导协议头，其实就是一定格式的数据，我们的 Hello OS 是用 GRUB 引导的，当然要遵循 GRUB 的多引导协议标准，让 GRUB 能识别我们的 Hello OS。之所以有两个引导头，是为了兼容 GRUB1 和 GRUB2。
2. 代码 44 ~ 52 行，关掉中断，设定 CPU 的工作模式。
3. 代码 54 ~ 73 行，初始化 CPU 的寄存器和 C 语言的运行环境。
4. 代码 78~87 行，GDT_START 开始的，是 CPU 工作模式所需要的数据。

Hello Os的主函数

上面的汇编代码调用了main函数，但是在代码中并没有看到函数体，而是从外部导入一个符号。那是因为这个函数是用C语言写的（main.c中），最终它们分别由nasm和gcc编译成可链接模块，由LD链接器接在一起，形成可以执行的程序文件：

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

这不是应用程序的main函数而是Hello OS的main函数。
其中的printf也不是应用程序库中的那个printf，而是需要自己实现。

控制计算机屏幕

计算机屏幕显示往往是显卡的输出，显卡有很多形式：集成在主板的叫集显，做在CPU芯片内的叫核显，独立存在通过PCIE接口连接的叫独显，性能和价格依次上升。
独显的高性能是游戏玩家们所钟爱的，3D 图形显示往往要涉及顶点处理、多边形的生成和变换、纹理、着色、打光、栅格化等。而这些任务的计算量超级大，所以独显往往有自己的 RAM、多达几百个运算核心的处理器。因此独显不仅仅是可以显示图像，而且可以执行大规模并行计算，比如“挖矿”。

要在屏幕上显示字符，就要编程操作显卡。
其实无论我们 PC 上是什么显卡，它们都支持一种叫 VESA 的标准，这种标准下有两种工作模式：字符模式和图形模式。显卡们为了兼容这种标准，不得不自己提供一种叫 VGABIOS 的固件程序。

显卡的字符模式的工作细节。它把屏幕分成 24 行，每行 80 个字符，把这（24*80）个位置映射到以 0xb8000 地址开始的内存中，每两个字节对应一个字符，其中一个字节是字符的 ASCII 码，另一个字节为字符的颜色值。如下图所示：

开始编写代码

//彭东 @ 2021.01.09
void _strwrite(char* string)
{
  char* p_strdst = (char*)(0xb8000);//指向显存的开始地址
  while (*string)
  {
    *p_strdst = *string++;
    p_strdst += 2;
  }
  return;
}

void printf(char* fmt, ...)
{
  _strwrite(fmt);
  return;
}

printf 函数直接调用了 _strwrite 函数，而 _strwrite 函数正是将字符串里每个字符依次定入到 0xb8000 地址开始的显存中，而 p_strdst 每次加 2，这也是为了跳过字符的颜色信息的空间。

编译和安装Hello OS

make

在软件开发中，make是一个工具程序，读取一个叫“makefile”的文件，也是一种文本文件，这个文件中写好了构建软件的规则，make可以根据这个规则自动化构建软件。
makefile文件中规则是这样的：
首先有一个或者多个构建目标称为target；目标后面紧跟着用于构建该目标所需要的文件，目标下面是构建该目标所需要的命令以及参数。
与此同时也会检查文件的依赖关系，如果需要的话，会调用一些外部软件完成任务。
第一次构建目标后，下一次执行make时，会根据该目标所依赖 的文件是否更新决定是否重新编译该目标。如果依赖的文件没有更新且该目标存在，那么便不会构建该目标。这种特性非常有利于编译程序源代码。

CC = gcc #定义一个宏CC 等于gcc
CFLAGS = -c #定义一个宏 CFLAGS 等于-c
OBJS_FILE = file.o file1.o file2.o file3.o file4.o #定义一个宏
.PHONY : all everything #定义两个伪目标all、everything
all:everything #伪目标all依赖于伪目标everything
everything :$(OBJS_FILE) #伪目标everything依赖于OBJS_FILE，而OBJS_FILE是宏会被
#替换成file.o file1.o file2.o file3.o file4.o
%.o : %.c
   $(CC) $(CFLAGS) -o $@ $<

make 规定“#”后面为注释，make 处理 makefile 时会自动丢弃。
makefile 中可以定义宏，方法是在一个字符串后跟一个“=”或者“:=”符号，引用宏时要用“$(宏名)”，宏最终会在宏出现的地方替换成相应的字符串，例如：$(CC) 会被替换成 gcc，$(OBJ{S}_{F}ILE)会被替换成file.ofile1.ofile2.ofile3.ofile4.o。.PHONY在makefile中表示定义伪目标。所谓伪目标，就是它不代表一个真正的文件名，在执行make时可以指定这个目标来执行其所在规则定义的命令。但是伪目标可以依赖于另一个伪目标或者文件，例如：all依赖于everything，everything最终依赖于file.cfile1.cfile2.cfile3.cfile4.c。虽然我们会发现，everything下面并没有相关的执行命令，但是下面有个通用规则：“$(CC) $(CFLAGS) -o $@ $< 命令，当然最终会转换为：gcc –c –o xxxx.o xxxx.c，这里的“xxxx”表示一个具体的文件名。

编译

安装Hello OS

我们就会得到 Hello OS.bin 文件，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。这个过程我们称为安装

遇到的问题以及参考的博客

1.在修改/ /etc/default/grub这个文件的时候一直修改不成功，因为这是一个只读文件，即使使用了sudo命令还是修改失败。需要先修改这个文件的属性将其变为一个可修改的文件，修改完之后在变为只读文件。修改方式如下：

sudo chmod 666 /etc/default/grub 或者
sudo chmod ugo+w /etc/default/grub 
# 变成只读
sudo chmod 444 /etc/default/grub 或者
sudo chmod ugo-w /etc/default/grub 

2.参考博客：HelloOS的编译和安装
3.虚拟机联网的方式(在进行XFTP连接虚拟机时需要将虚拟机的联网方式改成桥接模式)
4.设置开机进入grub界面的方法