从零开始写 OS 内核 - 准备工作

系列目录

• 序篇
• 准备工作
• BIOS 启动到实模式
• GDT 与保护模式
• 虚拟内存初探
• 加载并进入 kernel
• 显示与打印
• 全局描述符表 GDT
• 中断处理
• 虚拟内存完善
• 实现堆和 malloc
• 第一个 kernel 线程
• 多线程切换
• 锁与多线程同步
• 进入用户态
• 进程的实现
• 系统调用
• 简单的文件系统
• 加载可执行程序
• 键盘驱动
• 运行 shell

安装 Bochs

Bochs 是一个硬件模拟器，我们写的内核将运行在上面，后续所有的开发调试工作也将在这上面进行，所以第一步就是安装它。我的开发环境是 Linux Mint 系统，你用 Ubuntu 也一样，可以直接安装：

sudo apt install bochs

要是这种方法不行的话，可以直接去官网下载源码包编译安装，这种方法我也试过是 ok 的。不过在安装过程中会遇到一些第三方依赖的库不全的问题，那就逢山开路遇水搭桥，把依赖都安装上就行，在这里我就不细说了，需要你自己动手想想办法，不会很难的，网上也有一些教程可以参考。

至于其它系统我没试过，但是编译源码包安装的方式肯定是行得通的，我亲自试过的。

运行 Bochs

首先你需一个 Bochs 运行的配置文件 bochsrc.txt，这是我用的：

# RAM size
megs: 32
# Change to your Bochs installation path
romimage: file=/usr/share/bochs/BIOS-bochs-latest
vgaromimage: file=/usr/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest

# Disk
boot: disk
ata0: enabled=1, ioaddr1=0x01f0, ioaddr2=0x03f0, irq=14
ata0-master: type=disk, path="scroll.img", mode=flat, cylinders=6, heads=16, spt=63

log: bochsout.txt

mouse: enabled=0
keyboard_mapping: enabled=1, map=/usr/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map
clock: sync=realtime
cpu: ips=1000000

这里最重要的部分就是 Disk 相关配置，我们这里用到了一个磁盘，这也是后面的 boot loader 和内核镜像盘，系统就是用该盘启动。当然这不是真的磁盘。就是一个镜像文件。

其中 path="scroll.img" 就是镜像文件，这里和配置文件 bochsrc.txt 在同一路径下，所以就很简单。名字你随便起，我的叫 scroll，至于为什么后面再说。 cylinders，heads，spt 几个都是硬盘硬件相关的一些参数了，什么柱面柱头之类的不必深究。

当然现在我们还没有内核镜像文件，Bochs 自带了一个命令行工具 bximage，可以为你制作一个写满了 0 的镜像文件，并且帮你确定上述的这几个参数，你只需要告诉它你的镜像文件需要多大，以 MB 为单位：

>> bximage
========================================================================
                                bximage
                  Disk Image Creation Tool for Bochs
          $Id: bximage.c 11315 2012-08-05 18:13:38Z vruppert $
========================================================================

Do you want to create a floppy disk image or a hard disk image?
Please type hd or fd. [hd] hd

What kind of image should I create?
Please type flat, sparse or growing. [flat] flat

Enter the hard disk size in megabytes, between 1 and 8257535
[10] 1

I will create a 'flat' hard disk image with
  cyl=2
  heads=16
  sectors per track=63
  total sectors=2016
  total size=0.98 megabytes

What should I name the image?
[c.img] test

Writing: [] Done.

I wrote 1032192 bytes to test.

The following line should appear in your bochsrc:
  ata0-master: type=disk, path="test", mode=flat, cylinders=2, heads=16, spt=63

一切就绪，可以运行 Bochs 了：

bochs -f bochsrc.txt

运气好的话可以看到这个界面，说明启动成功了：

建立项目

话说目前为止我们的项目还没建起来，所以先去 Git 建一个吧。我先给出我的 Git 项目地址，你可以先参考下，也可以下载下来运行里面的 ./start.sh 脚本，看下运行效果。

我给这个项目起的名字叫 scroll，中文意思就是卷轴，就是这东西：

卷轴，就是一张纸，一幅画卷。在我们这里就是内存，磁盘，从一片空白开始，而那支画笔就是 CPU。整个内核的启动，运行，本质上就是 CPU 和内存之间的一场对话，CPU 在内存上来回跳跃，翻转腾挪，勾画出一个庞大复杂的工程系统，这就是 OS。

下一篇开始，我们将正式进入 OS 的启动：BIOS 启动到实模式。