BasicOS - A Minimal Operating System - Day 1

# BasicOS - A Minimal Operating System

 

## Overview

心血來潮，準備寫一個操作係統，記錄一下學習過程。主要參考著名的《恐龍書》。從bootloader開始，逐步實現一個最小的操作係統。

既然是操作係統，那麽就避免不了匯編語言。之後會使用C語言來實現。最後如果有餘力的話，會使用Rust來實現。

 

## 環境

- Ubuntu 24.04

- qemu

- nasm

- gcc

- make  

 

## 安裝環境

```bash

sudo apt-get update

sudo apt-get install nasm qemu gcc gcc-multilib

```

 

## 安裝debug工具 

```bash

sudo apt-get install xxd gdb

```

## GitHub地址

https://github.com/toronto-andrew/BasicOS.git

 

##先寫一個最簡單的bootloader

BIOS (Basic Input/Output System) 我們每個人都最熟悉了。當然，新的計算機都使用 UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）了。

UEFI 和單純使用 BIOS 的區別在於加載內核的方式、準備工作和高級功能等。這裏為了方便起見，我們暫時隻考慮 BIOS（因為最簡單）。

 

電腦剛一開機，BIOS 的作用是告訴計算機從哪裏加載操作係統到內存。於是，有人規定了，操作係統應當放在存儲設備最開始的 512 字節（例如磁盤第 0 柱麵第 0 磁頭第 0 扇區）。這個區域就是我們的引導扇區。也就是說，操縱係統運行的第一行代碼就是在引導扇區中。

然而，一台計算機可能有多個存儲設備，BIOS 依然不知道哪個設備存儲了引導扇區。但不知道誰又規定了，引導扇區的最後兩個字節必須是 0xaa55。於是，BIOS 隻需要遍曆所有存儲設備，檢查他們的第 511 和 512 字節是否是 0xaa55。如果是，就說明找到了操作係統的位置，把這一段數據加載到內存中，然後跳轉到這段代碼的第一個字節開始執行。

因此，對於手動編寫一個引導扇區來說，隻需要：

1 首先把最後兩個字節設置為 0xaa55；

2 然後從第一個字節開始寫上想要的代碼；

3 最後把其它的字節填充為 0，補滿 512 字節。

 

代碼如下boot.asm：

```

[bits 16]             ; 告訴匯編器我們是在 16 位下工作

 

jmp $                 ; $ 表示當前地址，跳轉到當前地址就是死循環

 

times 510-($-$$) db 0 ; $ 表示當前地址，$$ 表示當前段的開始地址

                      ; 510-($-$$) 計算出當前位置到 510 字節的距離，然後全部填充為 0

 

dw 0xaa55             ; 最後兩個字節是 0xaa55

```

##編譯

nasm boot.asm -f bin -o boot.bin

 

##運行

qemu-system-x86_64 boot.bin

 

你會看到窗口中顯示 Booting from Hard Disk...，然後它就開始執行死循環了。