02 | 几行汇编几行C：实现一个最简单的内核

lesson2 运行在bochs 虚拟机 https://gitee.com/jiawenshi/myos

P.S. 不想每次改完程序重启看效果的同学可以考虑用qemu来boot kernel，之前有两个同学给了solution，但是好像一个制作引导镜像的步骤有点问题，另一个没用grub，用的自定义的bootloader。我follow老师的课程做了个grub版的（包括怎么制作引导镜像）放在了github上 https://github.com/xymeng16/helloOS，不想深究直接make qemu-grub就可以用，想深究的话脚本也都在repo里面~之后我会把联合gdb调试的脚本也加进去，方便找bug...

也来交个作业 既然是从0到1，建议像我一样的小白用户，全部代码自己动手写一遍，哪怕很多细节不懂，但从整体上会有一个感性认识，有了框架，后面慢慢补充相关知识，这样学的会更加牢固。 那些折腾虚拟机直接copy老师的代码，是高手玩的，需要有足够的基本功才玩的转。小白一定要先练好自己的基本功，手动抄代码是练基本功非常好的方法，看一遍和写一遍感觉完全不一样。 操作系统算是比较难的了，开始学习之前，自己得先有些基本的知识储备。 首先，要对Linux有基本概念，会在物理机上装Linux，知道Linux常用的命令，知道怎么在Linux里安装程序。 说下我的作业过程： 一、个人PC上直接装的Linux，版本是ubuntu。 二、在自己的家目录下新建一个HelloOS文件夹，在里面新建5个文件，文件内容照着老师给的源码全部手抄一遍，一定要仔细，一个字母都不能差： entry.asm （汇编文件，进行一些针对电脑硬件的操作） main.c （我们自己这个操作系统的主函数源代码，里面就一个printf函数，功能是我们这个操作系统运行时显示的那句话） vgastr.c （printf函数的具体实现代码，需要调用到显卡显存） vgastr.h （主函数的头文件） Makefile (make命令编译时遵照的格式文件) install.md (确切的说，这是一段代码，有没有这个文件都行，把代码补充到/boot/grub/grub.cfg 文件的末尾，目的是更新grub 引导程序的配置文件，让grub能找到我们的helloOS，评论里出现最多的找不到文件的问题，基本都是这段代码没写对，更确切说，就是那一句 multiboot2 /boot 或改为 multiboot2 / ) 三、途中可能会遇到几个问题 1 提示没有装nasm, 无法编译汇编文件 .asm，解决方法，直接根据系统提示，输入命令安装该程序 2 提示make不是命令，无法编译，解决方法，直接根据系统提示，输入命令安装该程序 3 源代码抄写错误，都会有提示具体在哪个文件哪一行，写错字符，缺少横杠，字符大小写等（我甚至都没有用编辑器，抄起来确实比较痛苦，但完成后的成就感也更大） 四、补充一个细节，确认完挂载点后，记得把helloOS.bin文件放到挂载点的目录下，要不然，即使grub.cfg配置写对了，仍然会提示找不到文件。 五、有个小问题没搞明白，为啥我生成的helloOS.bin 文件的首字母是小写的？我看别人的截图都是大写的，不过这个貌似不影响系统启动。

补充一点对于内核文件路径设定的方案。 尝试过@Vic， @陈诚 ， 的方案。 进入过grub模式查看硬盘下的路径，但是仍然遇到error : file '/boot/HelloOS.bin' not found的问题。 因此，我这边参考了grub.cfg里面，“Ubuntu”的设置： menuentry 'Ubuntu' --class ubuntu --class gnu-linux --class gnu --class os $menuentry_id_option 'gnulinux-simple-c2b35b75-3fa4-4021-b628-65742342045e' {         insmod gzio         insmod part_msdos         insmod ext2         set root='hd0,msdos1'         initrd  /initrd.img-4.4.0-57-generic } 可以发现，默认载入时就已经以/boot为根目录， 因此，我也照葫芦画瓢，没有额外设定/boot目录。 重新启动，就可以成功运行HelloOS内核了。

有一个疑问，汇编代码那里： ;重新加载 GDTlgdt [GDT_PTR] jmp dword 0x8 :_32bits_mode 这里明明没有开启保护模式，为什么能这样跳转，而且经验证，也确实使用了gdt。 但是实模式不是cs << 4 + offset进行寻址吗？

实验注意几个关键问题。 - 将作者提供的代码git到本地； - 安装nasm、gcc等工具，否则make不通过。随后执行“make -f Makefile”，得到HelloOs.bin； - 在/boot/grub/grub.cfg中添加如下引导内容： ```shell 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,msdos1' #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 } ``` - ```she #其中set root='hd0,msdos1'根据/boot挂载的实际情况填写，如我的机器是： ubuntu@ubuntu-virtual-machine:~$ df /boot Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on /dev/sda1 20509264 7482912 11961496 39% / ``` - 将HelloOs.bin拷贝到/boot/目录； - 重启机器，vmvare长按shift进入引导页面，可以看到HelloOS，选择HelloOS进入。

我用的是CentOS 7虚拟机，有点不一样： 环境说明： gcc --version gcc (GCC) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44) [root@node01 ~]# cat /etc/redhat-release CentOS Linux release 7.6.1810 (Core) 下面是添加HelloOS启动项的流程： 1.在/etc/grub.d/40_custom文件中，添加HelloOS在grub2中的配置 #!/bin/sh exec tail -n +3 $0 # This file provides an easy way to add custom menu entries. Simply type the # menu entries you want to add after this comment. Be careful not to change # the 'exec tail' line above. #以下是添加内容 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,msdos1' #注意boot目录挂载的分区，这是我机器上的情况 multiboot2 /HelloOS.bin #GRUB以multiboot2协议加载HelloOS.bin boot #GRUB启动HelloOS.bin } 2.重新生成/boot/grub2/grub.cfg文件 [root@node01 grub2]# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg 3.重启VM，即可在grub引导项中看到多了HelloOS

我测试了一下M1的Mac也是能跑起了HelloOS的，虽然坑比较多。我大致总结了一下步骤： 首先需要安装x86版的homebrew 用Rosetta 打开iTerm 然后安装x86的homebrew `arch -x86_64 /bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install.sh)"` 接下来是重点, Apple自带的C/C++工具链是clang，外加用的linker和GUN linker不兼容，没办法使用课程中提供的linker script，所以我们需要编译安装x86的gcc工具链，顺便可以把nasm和qemu给装了 ``` /usr/local/bin/brew tap nativeos/i386-elf-toolchain /usr/local/bin/brew install i386-elf-binutils i386-elf-gcc nasm qemu ``` 安装完成之后确认一下我们的gcc和ld ``` /usr/local/Cellar/i386-elf-gcc/9.2.0/bin/i386-elf-gcc /usr/local/Cellar/i386-elf-binutils/2.31/bin/i386-elf-ld ``` 接下来的步骤我参考了Viz的评论，代码是在 `https://github.com/vizv/learn\_os/tree/master/hello-os` 可以手动修改Makefile里面的宏 ``` ASM := /usr/local/Cellar/nasm/2.15.05/bin/nasm CC := /usr/local/Cellar/i386-elf-gcc/9.2.0/bin/i386-elf-gcc LD := /usr/local/Cellar/i386-elf-binutils/2.31/bin/i386-elf-ld ``` 顺带一提，我使用iTerm跑还需要在qemu命令上加上-nographic，不然好像没法退出 ``` qemu-system-x86_64 -nographic -curses -drive 'file=$<,format=raw,index=0,media=disk' ``` 然后直接`make all`就可以运行我们的hello-os了

写了一个基于Vmare和Ubuntu16.04的详细教程，只要手头有电脑就可以运行，大家可以看看： https://zhuanlan.zhihu.com/p/373996858

我也搞了份不需要 GRUB 可以直接用 QEMU 或者其他虚拟机软件跑的版本 https://github.com/vizv/learn_os/tree/master/hello-os 克隆仓库后在 hello-os 目录里 只编译链接并创建镜像： make hello-os.img 编译链接并创建镜像后用 QEMU 启动磁盘镜像： make