手把手教你制作一个操作系统

2024-03-03 16:10| 来源: 网络整理| 查看: 265

目录写在前面参考资料开始动手写一个最小的操作系统调试.COM环境配置（Linux）用VisualBox虚拟器运行Ubuntu系统安装Linux系统Dell笔记本的BIOS配置保护模式理解实模式和保护模式增加一个用LDT描述的任务特权集

写在前面

笔者目前大二，学过C++，汇编，操作系统，正在学习编译原理和计算机网络，打算做一个小的操作系统来巩固知识，加深对计算机的理解。

参考资料

目前正在学习《自己动手写操作系统》，资源参考一下博客：自己动手写操作系统（高清图书+源代码）分享

开始动手写一个最小的操作系统

一开始就遇到困难了，书中说10分钟完成一个操作系统，我花了一个小时了环境都没弄好，好在学计算机的不怕折腾，先附张结果图：在这里插入图片描述下面详述步骤：参考文档：

《自己动手写操作系统》—— 工作环境搭建30天自制操作系统第一天–VirtualBox实现软盘启动

步骤： 1.首先去官网下载安装NASM，配置环境变量，网址 2.下载虚拟机VirtualBox，网址（需要科学上网） 3.编写源代码，利用NASM编译成.bin文件，使用FloppyWriter.exe将文件写到TINIX.IMG文件里，经调试直接将后缀bin改成IMG好像也可以 4.新建一个虚拟机，网址，已经讲得很详细了，需要注意的是添加软盘选择IMG文件，我运行的时候试了几次才出现红色的“Hello，OS World！”，也不知道是什么原因。

这真的是太棒了，虽然你知道它有多么简陋，但是，毕竟你已经制作了一个可以引导的软盘了，而且所有工作都是你亲手独立完成的！

调试.COM

经历了一个寒假，汇编都忘得一干二净了，不得不从以前的教学文档里找回一些零星的记忆。还好DOSBox还在，如果没有DOSBox，建议去官网下载一个，我找到了我安装Masm的地方，在旁边又把Nasm再安装了一遍（这样就不用在DOSBox\DOSBox-0.74\DOSBox 0.74 Options.bat里再配置一遍虚拟C盘了）在这里插入图片描述将boot.asm中的第一句改成org 07c00h，输入nasm boot.asm -o boot.com，打开DOSBox，找到boot.com运行就能看到左上角的"Hello,OS World"了（由于jmp $这条语句，目前应当是卡死了的）也可以使用debug工具直接调试的

汇编课上学到的东西，终于派上用场啦！

环境配置（Linux）用VisualBox虚拟器运行Ubuntu系统

按照书上所说，可以用虚拟器运行Linux系统，但是书上只给出了Visual PC版的安装方法，如果使用VisualBox的话就要用别的方法了参考文档：Linux下载安装过程官网这两篇教程应该足够了，只是耗费的时间比较长，如果顺利的话，Tinix应该可以运行了在这里插入图片描述

安装Linux系统

VisualBox虚拟器上的Linux系统虽然容易安装，但运行起来实在是太慢了，随便一个命令都要等上好几秒甚至几十秒，像打开filefox这种直接就卡死机了，特别耽误时间而且影响心态（不知道是不是我电脑的问题），总之，磨了一天多终于把Linux系统给装上了，反正迟早要装的。参考链接： 1.新手安装 Ubuntu 操作系统步骤教程 2.Ubuntu18.04安装教程

Dell笔记本的BIOS配置

在这里插入图片描述如果都能按教程的来不出错的话，安装过程将会容易得多，不知道是不是版本问题，我的BIOS和教程总有一些出入，每次教程看得一半就做不下去了，下面的博客整理了一些问题，希望大家安装顺利！关于dell设置U盘启动与安装Ubuntu的几个问题在这里插入图片描述安装Ubuntu后需要一些配置，写给工程师的 Ubuntu 20.04 最佳配置指南

保护模式理解实模式和保护模式

由于各种原因，保护模式这章我卡了特别久,现在来整理一下。参考文档：实模式与保护模式解惑之（一）——二者的起源与区别实模式和保护模式区别及寻址方式为了更方便的理解汇编代码，首先要清楚两种模式在寻址方式上的区别，了解开设A20线的意义（第一篇文章有提到），才能理解为什么进入保护模式前要先打开地址线A20。在这里插入图片描述（个人理解）保护模式其中“保护”的含义就是要保护系统程序，让用户程序不能随便动系统程序空间的代码，这个其实在我们操作系统课里学过，就是分段操作，不过实模式下虽然有segment的概念，由于采用 hysicaladdress=segment * 16 + offset 的模式，对保护系统程序并没有什么作用；而保护模式中通过段选择符指向段描述符，再由段描述符指向段段基址加上段内偏移地址得出线性地址（详见第二篇文章），其中段描述符的S位和TYPE字段又将相应段分为了数据段、代码段和系统段，不同段有不同的权限，从而真正体现了保护的作用。

增加一个用LDT描述的任务

不来点实战真的不知道自己在看的什么。。。正好看到书上62面有一个“读者有兴趣可以完成小任务”，做着试试看吧。在这里插入图片描述为了不搞复杂了，就熟悉熟悉LDT的用法，我们新建一个描述符表MYLDT，考虑到汇编不好调试的问题，为了少磨点心态，我们就把显示的“L”替换成“S”，证明我们改过来了，开干！

增加一个32位的代码段CodeB ; CodeB (MYLDT, 32 位代码段) 自己加的LDT代码段，打印一个S [SECTION .la] ALIGN 32 [BITS 32] LABEL_CODE_B: mov ax, SelectorVideo mov gs, ax ; 视频段选择子(目的) mov edi, (80 * 12 + 0) * 2 ; 屏幕第 10 行, 第 0 列。 mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字 mov al, 'S' mov [gs:edi], ax ; 准备经由16位代码段跳回实模式 jmp SelectorCode16:0 CodeBLen equ $ - LABEL_CODE_B ; END of [SECTION .la] 增加描述符表 ;MYLDT ;自己加的MYLDT段，内容是一个LDT描述符表，其中只有一个代码段描述符 [SECTION .ldt] ALIGN 32 LABEL_MYLDT: ; LABEL_MYLDT_DESC_CODEB: Descriptor 0,CodeBLen-1,DA_C+DA_32;Code,32位 MYLDTLen equ $-LABEL_MYLDT ;MYLDT选择子 SelectorMYLDTCodeB equ LABEL_MYLDT_DESC_CODEB - LABEL_MYLDT+SA_TIL ; END of [SECTION .ldt] 在GDT中加入MYLDT段描述符与段选择子 LABEL_DESC_MYLDT: Descriptor 0, MYLDTLen - 1, DA_LDT ;MYLDT 自己加的，用来描述MYLDT SelectorMYLDT equ LABEL_DESC_MYLDT - LABEL_GDT ;自己加的，用来作MYLDT段选择子初始化 ; 初始化 MYLDT 在 GDT 中的描述符 ;自己加的，初始化MYLDT xor eax, eax mov ax, ds shl eax, 4 add eax, LABEL_MYLDT mov word [LABEL_DESC_MYLDT + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_DESC_MYLDT + 4], al mov byte [LABEL_DESC_MYLDT + 7], ah ; 初始化 MYLDT 中的描述符 xor eax, eax mov ax, ds shl eax, 4 add eax, LABEL_CODE_B mov word [LABEL_MYLDT_DESC_CODEB + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_MYLDT_DESC_CODEB + 4], al mov byte [LABEL_MYLDT_DESC_CODEB + 7], ah 加载MYLDT ; Load MYLDT 这里改为MYLDT mov ax, SelectorMYLDT lldt ax ;jmp SelectorLDTCodeA:0 ; 跳入局部任务 jmp SelectorMYLDTCodeB:0 ; 跳入局部任务编译首先还是提醒一下最好别打错字了，段选择子和段描述符标签最好复制粘贴，不细心的话编译的时候可能就要像我这样一个个改了在这里插入图片描述

告诉大家一个技巧，记事本行头虽然没有行号标名，右下角的状态栏还是有的，根据错误行数的提示可以快速定位到相应行数，加快debug速度。运行在这里插入图片描述

可以看到红色的L变为S了，nice！特权集

个人认为特权集是保护模式最本质待部分了，书上也讲得十分复杂，我们来理顺一下。

CPL(Current Privilege Level) 当前执行的程序或任务的特权级存储在CS和SS的第0位和第1位上DPL(Descriptor Privilege level) 表示段或者门的特权级存储在段描述符或者门描述符的DPL中RPL(Requested Privilege Level) 避免低特权级应用程序访问高特权级段内的数据通过段选择子的第0位和第1位表现

再对不同段整理一下

访问数据段或者调用门或者TSS：CPL，RPL被访问DPL，RPL不检查

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