自制操作系统：引导扇区的实现

本书依靠的教材是于渊的《Orange'S:一个操作系统的实现》

实验环境及工具

• ArchLinux（windows也可以）
• 代码编辑器Emacs（你尽情使用自己喜欢的编辑器）
• nasm （一个开源的汇编器，可以从sourceforge下载，也可以从Linux发行版的软件仓库安装）

思路：

• 写一段汇编代码，输出 Hello, World
• 将该段代码写入软盘镜像的第一个扇区
• 安装virtualbox创建一个操作系统，从软盘镜像引导，查看结果

引导区代码

    ;; BIOS会把512字节的引导扇区加载到 0000:7c00 处，
    ;; 然后跳转到0000:7c00处，将控制权交给引导代码。
    org 07c00h                  ;这一行告诉编译器，我们的代码将被加载到7c00处。
    mov ax, cs                  ;将代码段寄存器的值送入AX
    mov ds, ax                  ;将数据段的地址置为代码段的地址？
    mov es, ax                  ;将附加段的地址置为代码段的地址？
    call  DispStr               ;调用显示字符串例程
    jmp $                       ;无限循环, $表示当前行编译后的地址
    ;; 以上就是整个程序的执行过程了
    ;; 下面是DispStr子程序
DispStr:
    mov ax, BootMessage         ;将字符串首地址传给寄存器ax
    mov bp, ax                  ;CPU将用ES:BP来寻址字符串
    mov cx, 16                  ;通过CX，CPU知道字符串的长度
    mov ax, 01301h              ;AH=13表示13号中断, AL=01H，表示目标字符串仅仅包含字符，属性在BL中包含，移动光标
    mov bx, 000ch               ;黑底红字, BL=0CH，高亮
    mov dl, 0                   ;dh表示在第几行显示，dl表示第几列显示
    int 10h                     ;BIOS的10H中断的13号中断用于显示字符串
    ret
BootMessage:    db "Hello, OS world!" ;对NASM来讲，标号和变量的作用一样, db表示define byte
    ;; $当前行被汇编后的地址，$$表示一个section开始处的地址，本程序只有一个section，所以指0x7c00
    times 510-($-$$) db 0           ;填充剩下空间，使生成的二进制恰好为512字节
    dw 0xaa55                       ;结束标志，如果发现扇区以0xAA55结束，则BIOS认为它是一个引导扇区，dw表示define word

关于中断显示字符串的细节，可参见使用BIOS中断显示字符串笔记(int 10h 13号中断)。

编译生成二进制

需要nasm。如果你使用Linux，可以直接从软件仓库安装。
nasm即可以从汇编代码生成目标代码，也带了一个反汇编工具ndisasm, 可以从目标代码生成汇编代码。

编译我们的扇区代码生成二进制：

nasm boot.asm -o boot.bin

写入软盘的第一个扇区

我们用软盘镜像来模拟软盘。

dd if=/dev/zero of=emptydisk.img bs=512 count=2880 #生成空白软盘镜像文件
dd if=boot.bin of=boot.img bs=512 count=1 #用 bin file 生成对应的镜像文件
dd if=emptydisk.img of=boot.img skip=1 seek=1 bs=512 count=2879 #在 bin 生成的镜像文件后补上空白，成为合适大小的软盘镜像

这样，我们引导系统用的虚拟软盘就准备好了。

安装virtualbox，建立系统

可以直接从Linux软件仓库安装virtualbox。

把当前用户加入vboxusers组：gpasswd -a <username> vboxusers。

启动virtualbox，可能提示vboxdrv未能成功加载。如果发生这种情况，需要重新编译vboxdrv模块。安装linux-headers和dkms，然后sudo dkms autoinstall就会编译生成vboxdrv模块。

手动执行sudo modprobe vboxdrv加载vboxdrv模块，启动virtualbox应该不会有问题了。

建立一个虚拟机，有没有硬盘都可以，增加一个软驱，把我们的boot.img加载到软驱中，启动虚拟机，成功的话，可以看到：

virtualbox可能出现的问题：

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). 解决方法：sudo chown -R root:root /usr/lib/virtualbox

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

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

参考文章：

Hacking 《自己动手写操作系统》Chapter 1&2