30天自制操作系统

March 03, 2023 3337

前言

希望通过这本书，建立起对操作系统的整体框架认知。

day 1

编辑二进制文件，使用的是 winhex，就不用作者那个工具了。整体敲下来，也不算很复杂，不过可以偷懒的，直接把作者的整个文件复制即可。但是总得有点参与感是吧，毕竟目前原理不懂，bat 文件也是写好的。

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这里似乎是作者遗漏了，看 bat 文件就能明白，在 img 文件所在目录的上级目录中要存在 z_tools，复制过去即可，然后双击 !cons_nt.bat（其实就是在当前目录打开 cmd 窗口），调用 qemu 模拟 img 映像文件，成功输出了 hello，world。

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进而用汇编写。

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后续的也没什么新的，只是增加了注释。看的时候，感觉增加了不少知识，但是应该不久就会消失吧？hh~

day 2

今天仍然是没什么内容，那就简单记录下我所不知道或者不清晰的知识吧：

  • ORG 指令：告诉汇编器从哪个地址开始载入机器码。
  • HLT 指令：让 CPU 进入待机状态，当外部发生变化时（例如 IO 设备操作）才会继续执行程序。
  • 0x7c00~0x7dff 是一个作为主引导记录（书上称为启动区，但是搜索之后这个才是现在的称呼）的扇区（512 字节，因为计算机读取硬盘区域，一次性就会读取 512 字节，主引导区以 0x55AA 结尾），存放启动程序加载器的区域，用于唤醒操作系统。

然后就是 make 命令，见了挺多回的了（并没有自己写过，但是有依葫芦画瓢修改过），这次做下整理：

  • make 会默认去寻找名叫Makefile或者makefile的文件，并且只能是这两个名字。

  • xxx : yyy 前者是要构建出的目标文件，后者是构建前者需要的依赖文件。在这句指令的下一行写入的是需要执行的命令，而这条命令的前面需要四个空格占位（这很关键，不然会报错的）

  • 我们一般也可以指定 以下指令来帮助我们快速删除文件：

    1
    2
    3
    .PHONY: clean
    clean:
    	rm -f xxx

    .PHONY 叫做伪目标，这样如果输入make clean，make 不会去寻找是否存在一个名叫 clean 的文件，而是去执行 clean 指令。

  • 变量声明引用通过 $()，看代码：

    1
    2
    OBJ=xxx yyy zzz
    all: $(OBJ)

    $(OBJ) 表示将 OBJ 的值代入到 all 的依赖文件去，这里也是一个小小的技巧：如果我们只是输入 make 指令，会默认去执行生成第一个文件，然后又因为会检查依赖文件是否存在，从而去生成依赖文件。所以这样编写，就可以只需要输入 make，完成一系列的操作。

day 3

磁头、柱面、扇区：

  • 一个磁盘（圆形）分为正反面称为磁头。
  • 一个磁头以按照同心圆的方式一圈圈，由外向内的顺序划分出若干个柱面。
  • 一个柱面内划分出若干个扇区。

Makefile 改变内容的语法规则已在 day 2 说明，不再赘述了。

小小总结一下从书上得来的知识：

  1. 操作系统是设备一通电就能运行的一段程序（个人理解）
  2. BIOS 会读取磁盘的第一个扇区作为主引导记录，所以要在这个扇区里写入启动程序加载器。
  3. 启动程序加载器会被从磁盘读取到内存的 0x7c00~7dff 区域，然后在内存中执行，从而再将磁盘后续存储的操作系统读入到内存的中以启动操作系统，之后把操作权限给予操作系统。

加载操作系统，跟上面的总结理解是一致的。处理十分直接，通过先定位加载的地址，然后使用 jmp 进行跳转。如果使用 winhex 处理的话，直接帮我们区分好了，很方便。

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运行之后，也是如愿的一片漆黑的画面。

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为了能够使用 C 语言进行编写，后续作者进行了一些处理，内联的具体操作不是很懂，跟熟知的编译流程有些不大一样，很多不认识的中间文件，但是作者也并未细说，就也不细究了，毕竟我的目的只是为了了解整个操作系统的框架，那今天就结束吧。

day 4

主要是通过 BIOS 调用了显示器进行显示颜色，并且在汇编中已经指定了哪块内存是显存，之后也只要把需要显示的内容存放进显存，就会被显示出来。

虽然书上没办法显示，但是我的博客里是可以看出来的，因为显存换成了白色的颜色，所以呈现了白屏。因为我的能显示，那条纹的就不放上来了，hhh

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今天主要是介绍了一些 C 语言语法，新得的知识应该是：如果想要呈现一个图画，需要一个个像素点进行着色，然后再进行一定的排序，而如果要显示出任务栏这样的东西，则是使用深浅变化的颜色体现出层次感，那么接下来把最后的两张图放一下就过了吧~

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确实是有了点早期 windows 桌面的既视感。

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day 5

显示的字符按照最基础的像素点进行排布，例如构成 A 的像素点是需要着色的，而其他的点是无需着色的（显示一个 A，是需要在一个正方形内部进行设计的），做完之后放进显存，即可显示。

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因此若是要设计出字体，如下图一般进行个性化的摆放设计，这样导入显存时就会呈现出来，当然下图是作者用一种字体，但是其他人是如何将这种形式转换成机器码就看每个人自身了。

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因为是有工具可以处理上述的字体，将其与其他的目标文件相链接，所以作者可以在 C 语言中通过 extern 访问到。

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接下来是将其封装为一个函数，提高复用时的效率问题以及调用了 sprintf 进行打印变量值的处理，就不放图片了，没什么改变的。不过作者还是再三的强调了除了 sprintf 外的 printf 家族都会调用操作系统的功能，可以解读出来，我们通常见到的 stdout、stdin、stderr 都是鉴于操作系统进行定义的。而只有对内存的操作才是最本质的（所有程序运行的根本条件就是存在了内存的概念），可以很容易的对其进行操作。

制作鼠标这个点，hhh，让人恍然大悟：原来这些东西都是这么来的。看这个循环就很能体会到了，大的东西拆解开的时候，本质都是简单（我随便说说的）：用一些符号去描述出鼠标的形状，然后对其循环遍历，对每个位填充上不同的颜色，鼠标的形状之外（因为是要在一个正方形内去设计）显出背景的底色，看看自己的鼠标，这很合理。

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跟上面那些符号构成的图案是一致的，只是下面有进行上色。

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最后是让鼠标动起来，可惜今天还没实现，但是有新增的知识：

  • 首先是分段，32 位系统仍然需要段寄存器指定起始地址，但是段寄存器只有13 位可写，因此用这 13 位去保存 0~8191 的段号，而每个段号对应的段起始地址则存放在某段内存中，这些地址数据（8192 * 8 = 65536 = 64KB）被称作 GDT（global (segment) descriptor table 全局段号记录表）。而存放段起始地址的内存地址以及有效个数则被存放在 GDTR 寄存器中。
  • IDT（interrupt descriptor table 中断记录表）记录了 0~255 的中断号码与调用函数的对应关系。中断的是一种十分正常的机制，用于去处理硬件（外部中断）与软件（内部中断）的输入输出处理。

代码部分则是多了对于 GDT 和 IDT 的初始化，确立好他们在内存的位置

day 6

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