自制操作系統：引導扇區的實現

本書依靠的教材是於淵的《Orange'S:一個操作系統的實現》

實驗環境及工具

• ArchLinux（windows也可以）
• 代碼編輯器Emacs（你盡情使用自己喜歡的編輯器）
• nasm （一個開源的匯編器，可以從sourceforge下載，也可以從Linux發行版的軟件倉庫安裝）

思路：

• 寫一段匯編代碼，輸出 Hello, World
• 將該段代碼寫入軟盤鏡像的第一個扇區
• 安裝virtualbox創建一個操作系統，從軟盤鏡像引導，查看結果

引導區代碼

    ;; BIOS會把512字節的引導扇區加載到 0000:7c00 處，
    ;; 然后跳轉到0000:7c00處，將控制權交給引導代碼。
    org 07c00h                  ;這一行告訴編譯器，我們的代碼將被加載到7c00處。
    mov ax, cs                  ;將代碼段寄存器的值送入AX
    mov ds, ax                  ;將數據段的地址置為代碼段的地址？
    mov es, ax                  ;將附加段的地址置為代碼段的地址？
    call  DispStr               ;調用顯示字符串例程
    jmp $                       ;無限循環, $表示當前行編譯后的地址
    ;; 以上就是整個程序的執行過程了
    ;; 下面是DispStr子程序
DispStr:
    mov ax, BootMessage         ;將字符串首地址傳給寄存器ax
    mov bp, ax                  ;CPU將用ES:BP來尋址字符串
    mov cx, 16                  ;通過CX，CPU知道字符串的長度
    mov ax, 01301h              ;AH=13表示13號中斷, AL=01H，表示目標字符串僅僅包含字符，屬性在BL中包含，移動光標
    mov bx, 000ch               ;黑底紅字, BL=0CH，高亮
    mov dl, 0                   ;dh表示在第幾行顯示，dl表示第幾列顯示
    int 10h                     ;BIOS的10H中斷的13號中斷用於顯示字符串
    ret
BootMessage:    db "Hello, OS world!" ;對NASM來講，標號和變量的作用一樣, db表示define byte
    ;; $當前行被匯編后的地址，$$表示一個section開始處的地址，本程序只有一個section，所以指0x7c00
    times 510-($-$$) db 0           ;填充剩下空間，使生成的二進制恰好為512字節
    dw 0xaa55                       ;結束標志，如果發現扇區以0xAA55結束，則BIOS認為它是一個引導扇區，dw表示define word

關於中斷顯示字符串的細節，可參見使用BIOS中斷顯示字符串筆記(int 10h 13號中斷)。

編譯生成二進制

需要nasm。如果你使用Linux，可以直接從軟件倉庫安裝。
nasm即可以從匯編代碼生成目標代碼，也帶了一個反匯編工具ndisasm, 可以從目標代碼生成匯編代碼。

編譯我們的扇區代碼生成二進制：

nasm boot.asm -o boot.bin

寫入軟盤的第一個扇區

我們用軟盤鏡像來模擬軟盤。

dd if=/dev/zero of=emptydisk.img bs=512 count=2880 #生成空白軟盤鏡像文件
dd if=boot.bin of=boot.img bs=512 count=1 #用 bin file 生成對應的鏡像文件
dd if=emptydisk.img of=boot.img skip=1 seek=1 bs=512 count=2879 #在 bin 生成的鏡像文件后補上空白，成為合適大小的軟盤鏡像

這樣，我們引導系統用的虛擬軟盤就准備好了。

安裝virtualbox，建立系統

可以直接從Linux軟件倉庫安裝virtualbox。

把當前用戶加入vboxusers組：gpasswd -a <username> vboxusers。

啟動virtualbox，可能提示vboxdrv未能成功加載。如果發生這種情況，需要重新編譯vboxdrv模塊。安裝linux-headers和dkms，然后sudo dkms autoinstall就會編譯生成vboxdrv模塊。

手動執行sudo modprobe vboxdrv加載vboxdrv模塊，啟動virtualbox應該不會有問題了。

建立一個虛擬機，有沒有硬盤都可以，增加一個軟驅，把我們的boot.img加載到軟驅中，啟動虛擬機，成功的話，可以看到：

virtualbox可能出現的問題：

1. Failed to open a session for the virtual machine a. Failed to load VMMR0.r0 (VERR_SUPLIB_OWNER_NOT_ROOT). Unknown error creating VM (VERR_SUPLIB_OWNER_NOT_ROOT). 解決方法：sudo chown -R root:root /usr/lib/virtualbox

2. Effective UID is not root. 解決方法: sudo chmod 4711 /usr/lib/virtualbox/VirtualBox。

參見: https://www.virtualbox.org/ticket/7889

參考文章：

Hacking 《自己動手寫操作系統》Chapter 1&2