自己创建一个小操作系统

篇首语：迎接开源，拥抱成长，加油。。。。。。。。。

最近跟着教程完成了一个十分简单的操作系统，下面是主要步骤和我遇见的坑。

1. 首先介绍一下我的安装环境：virtualBox 5.13.0 + ubuntu 20.04  x86_64（uname -a）;
2. 再查看虚拟机的网络情况，主机和虚拟机互ping一下，看看通不通，这里我遇见的问题是：虚拟机ping主机是通的，但是主机ping虚拟机是不通的，解决方案是：

1. 查看虚拟机ip （$ip addr  或是 $ifconfig）都可以查到

inet 后面就是虚拟机的ip，（10.0.2.15）

1. 在主机命令行，ping一下这个ip（10.0.2.15）  显示 请求超时;
2. 打开虚拟机 -> 设置 -> 网络 ->连接方式，选择桥接网卡;
3. $reboot;
4. Ctrl+alt+T  $ifconfig
5. 这时再次查看ip，就变成和windows上同一个网段的了，（我的是 192.168.1.x）
6. 再次打开windows cmd ping下，这时是通的，ok!!!

（后面会介绍：连接方式那么多，为啥就桥接好用，其他的连接方式都是啥，为什么不能用，又在何种情况下会用到它们？？？）

1. 主机和虚拟机的网络通了，方便互传文件，那么如何互传文件呢？

多种方式，我用的是ssh ，用的工具软件是 WinSCP ，下面是操作的步骤：

1. 查看虚拟机上是否安装ssh服务 $ ssh localhost
2. 如果显示（ssh: connection refused ）表示没安装
3. 先更新已经安装的工具包：$ sudo apt-get update;
4. 再安装ssh：  $ sudo apt-get install openssh-server
5. 如果安装失败，估计是没联网，可以查看2
6. 下载WinSCP,  分享个百度云，有需要自取（）；
7. 打开WinSCP，新建站点，在会话填写主机名，用户名和密码，然后登录。

 

 

主机名：zhangqi-VirtualBox     用户名：zhangqi

       (8)   如果你忘记密码，$passwd   就重置一下吧~；

       (9)   至此，安装步骤就完成了，下图是winSCP打开

(备注下：主机->虚拟机： 上传； 虚拟机->主机： 下载)

下面还会去介绍ssh是个啥，为什么它能传输文件，还有哪些宝藏功能。。。

1. 有了传文件的工具，就可以把主机的文件传给虚拟机，emmm….我太懒。。。

1-3是准备工作，下面正式开始我们的小小OS之旅。。。

1. 首先有个大体流程：

1. PC机的引导流程（我理解：启动流程）；

 

看了流程，可能会有一些疑问：

（1）  BIOS固件是什么？为什么PC机加电后首先就需要加载它？都干了啥？

（2）   加载BIOS是为加载可引导设备吗？可引导设备是什么样子的，是不是依赖于GRUB，GRUB是不是决定可引导设备是什么？

（3）   Hello OS是个什么类型的文件？里面的内容是操作系统吗？都写得是什么？

（4）PC开机，加载引导程序，找到存放OS文件的内存地址，加载，是这样吗？

解答：

复制一段文字…………：

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。

（此处是待填充的空白。。。。。。。）

1. Hello OS引导汇编代码（也就是GRUB的引导程序）

下面有些自己的理解。。。

引导程序就是告诉用户要安装OS了，先做哪一步，再做哪一步。

GRUB（GRand Unified Bootloader）多操作系统启动程序，允许用户在计算机内同时拥有多个操作系统。

为什么GRUB引导程序要用汇编？

答：底层语言无外乎是C和汇编，汇编比C更加底层，更底层就意味着，给计算机发指令更加直白，（汇编难点就在于，你要明白1+1=2的在计算机中完整的实现流程，并写出来），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。（我理解：汇编可以直接操作硬件，并且数据可以直接访问寄存器，创建栈内存空间）

汇编学习-----看书王爽的《汇编语言》

这段引导程序都写点啥？

答：（1） 定义GRUB多引导协议头，目的是让GRUB可以识别我们自己写的Hello OS的操作系统，就是按照GRUB的方式来让它认识我们自定义的操作系统；

（2）关掉终端，设定CPU的工作模式；（不懂。。。）

（3）初始化CPU的寄存器和C语言的运行环境；（也就是开始创建栈内存，以及我们用C语言写的操作系统的内容了）

（4）GDT_START开始的，是CPU工作模式所需要的数据。（我写了什么。。。不懂）；

这一步最后，我一直在纠结为什么引导，从PC加电到访问准备好CPU所需要的数据，都经历了哪些步骤？于是有个大神的原文如下：

答：在你安装完一个操作系统之后（就是把光盘镜像的文件或者GHOST文件丢到主分区）或者开机后，需要让计算机在开机的时候能识别电脑中的系统，这个过程就是系统引导，计算机系统引导的过程就是在保证硬件设备正常后，计算机利用CPU运行特定程序，通过程序识别硬盘，识别硬盘分区，识别硬盘分区上的操作系统，最后又通过程序启动操作系统。

我理解：说到底，并不是开机了就安装操作系统了，而是需要一步确认（硬件，CPU，硬盘等等都是好的），一步引导，我告诉你哪里可以找到操作系统。问题来了，如果一台裸机，没有OS，怎么去安装OS呢？

(64条消息) 操作系统引导详细过程_Adenialzz的博客-优快云博客_系统引导

还得再看。。。

1. Hello OS的主函数

//彭东 @ 2021.01.09

#include "vgastr.h"

void main()

{

  printf("Hello OS!");

  return;

}

（这里的printf需要自定义，为什么？看下一步）

1. 控制计算机屏幕

需求：我们要在屏幕上显示字符，

方案：就要编程操作显卡。

如何操作？

首先，无论何种显卡都支持VESA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。

//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;//我理解：完整存储一个字符

  }

  return;

}

void printf(char* fmt, ...)

{

  _strwrite(fmt);

  return;

}

1. 编译和安装Hello OS

这里编译和安装需要准备nasm和gcc两个编译工具，如果没有自行下载

$sudo apt-get install -y nasm

$sudo apt-get install gcc

编译：

首先nasm是编译.asm汇编文件，命令 $nasm -f entry.asm -o entry.o -w-orphan-labels（后面-w-orphan-labels）表示不显示警告信息，；

然后gcc编译.c, 可以直接 $gcc HelloOS.c -c -o HelloOS.o;

也可以一步步来：其实编译.c程序主要分四步：

第一步：预处理 $gcc HelloWorld.c -E -o HelloWorld.i;

目的是加入头文件，替换宏。

 第二步：编译 $ gcc HelloWorld.c -S -c -o HelloWorld.s 

包含预处理，将 C 程序转换成汇编程序。

 第三步：汇编 $ gcc HelloWorld.c -c -o HelloWorld.o 

包含预处理和编译，将汇编程序转换成可链接的二进制程序。

第四步：链接 $ gcc HelloWorld.c -o HelloWorld 

包含以上所有操作，将可链接的二进制程序和其它别的库链接在一起，形成可执行的程序文件。

但是如何将多个.o文件链接到一个项目中，这里还需要再看。。。

这里是用$make -f Makefile，直接完成编译，链接，生成.bin文件

下图，讲的很明白了。。。

（6）Make工具

这个后面补充详细的文章，因为它很重要它很重要它很重要！！！

（7）编译

就是最后生成的.bin文件。

 （8）安装Hello OS

为什么要将HelloOS.bin文件放到GRUB能找到的地方？

答：因为我们像让它开机时选择HelloOS后显示“HelloOS”,更cool😎一点。

GRUB的路径怎么找？

答：找grub.cfg（/boot/grub）

(65条消息) ubuntu下查找文件位置的方法_慢下去、静下来的博客-优快云博客_ubuntu查找文件所在位置

这篇博客提供不同情况下找文件路径的方法。

对grub.cfg修改插入内容(65条消息) Linux下如何修改grub.cfg_想入非非、的博客-优快云博客_grub.cfg修改

$sudo chmod +w /boot/grub/grub.cfg

$sudo gedit /boot/grub/grub.cfg

然后将下面代码插到最后：

menuentry 'HelloOS' {

     insmod part_msdos #GRUB加载分区模块识别分区

     insmod ext2 #GRUB加载ext文件系统模块识别ext文件系统

     set root='hd0,msdos5' #注意boot目录挂载的分区，这是我机器上的情况

     multiboot2 /boot/HelloOS.bin #GRUB以multiboot2协议加载HelloOS.bin

     boot #GRUB启动HelloOS.bin

}

这里注意boot目录挂载分区，查询 $df /boot/

文件系统          1K-块    已用     可用      已用% 挂载点

/dev/sda4      48752308 8087584 38158536   18%    /

复制大神的原文：

其中的“sda4”就是硬盘的第四个分区（硬件分区选择 MBR），但是 GRUB 的 menuentry 中不能写 sda4，而是要写“hd0,msdos4”，这是 GRUB 的命名方式，hd0 表示第一块硬盘，结合起来就是第一块硬盘的第四个分区。

这里面，什么时挂载，硬盘的分区是什么，一共有几个分区，为什么就选择第5个分区了？（不懂啊。。。）

最后重启Ubuntu，按esc键，结果，就启动了HelloOS,虽然没懂什么，但还是很高兴。。。下面贴个图，分享喜悦…………

 

 篇尾语：感谢彭东大神，感谢上面博客的大佬们。。。。。。