自制操作系统——CherryOS (Hello world)

这将是一个非常非常长的博客,应该这一个暑假都在写着一个博客。
一直以来对计算机原理、操作系统非常感兴趣。以前的操作系统课程就令人非常着迷。近日终于不需要天天熬夜了,终于有了几天的闲暇时间,准备实现一下之前的想法,自制一个操作系统。暂且命名为CherryOS吧(只是因为我喜欢喝樱桃味可乐)。
不知道最后能否写出来,但是相信这个过程将是一个很有意义的过程。
Day1开始!

首先,开始之前,感谢《30天自制操作系统》这本书,本博客的大部分内容也将是对这本书的理解与实现。同时此书出版时间过早,很多工具现在已经有了更好的版本,很多工具也都弃用了。本博客会将书本中的部分工具换为其他工具。

系统环境

macOS 10.13.1 (17B1003)
CPU: 2.7 GHz Intel Core i7
RAM: 16 GB 2133 MHz LPDDR3

准备工具

工欲善其事 必先利其器
第一步需要用到两个工具
十六进制编辑器——HexFiend
虚拟机——QEMU

这个操作系统是一个从0开始的操作系统,现在我们手上没有任何可以利用的工具,没有C语言,甚至连汇编都没有。我们唯一有的就是二进制,或者说16进制。一款好用的十六进制编辑器将带给我们很大的便利。

在这里我选用的是Hex Fiend,工具的选择可以随意能编写十六进制即可。

因为我们是编写操作系统,所以调试运行是个麻烦的事情。如果我们每一次运行与调试都需要关闭当前的操作系统,那么这样未免太麻烦了。虚拟机成为了我们必须要使用的工具。

在这里推荐使用QEMU,功能强大又小巧。

具体安装方式:
macOS
两种安装方式:(推荐Homebrew)
Homebrew:

1
brew install qemu

MacPorts:

1
sudo port install qemu

Windows
官网下载安装包:https://www.qemu.org/download/

Linux

Arch:

1
pacman -S qemu

Debian/Ubuntu:

1
apt-get install qemu

Fedora:

1
dnf install @virtualization

Gentoo:

1
emerge --ask app-emulation/qemu

RHEL/CentOS:

1
yum install qemu-kvm

SUSE:

1
zypper install qemu

至此,工具准备完毕。

编写Hello World

现在我们来写第一个操作系统,也就是操作系统届的hello world。
打开Hex Fiend
输入如图字段:


1
2
3
4
5
6
7
000000->000080:
EB4E9048 454C4C4F 49504C00 02010100 02E00040 0BF00900 12000200 00000000 400B0000 000029FF FFFFFF48 454C4C4F 2D4F5320 20204641 54313220 20200000 00000000 00000000 00000000 00000000 B800008E D0BC007C 8ED88EC0 BE747C8A 0483C601 3C007409 B40EBB0F 00CD10EB EEF4EBFD 0A0A6865 6C6C6F2C 20776F72 6C640A00
0001F0:
00000000 00000000 00000000 000055AA F0FFFF00 00000000
001400:F0FFFF

剩下的内容全为0,文件大小为80 18 512 * 2 = 1474560字节,这个很重要,一定要保证大小正确。

File->Save As 保存为cherryOS.img

至此,我们的第一个操作系统编写完成。

到这里,我相信没人知道在干什么。但是这的确可以运行了。

原理解释

我们现在在使用16进制手动编写一个软盘格式的文件。一个软盘的大小就是1474560字节,这也是为什么我们操作系统的大小要是1474560字节。BIOS读软盘第一个扇区时,磁盘内不同地方的内容有不同的含义,这里不仔细说明每一位的含义了。其大概意思为,软盘的格式为FAT12,软盘的名称为HELLOOS(这里并没有改成CherryOS,因为这不是最终的系统,这只是一次实验)

如果将计算机的开机设置为从软盘启动,计算机开机会驱动软盘的磁头0读其0柱面1扇区的内容到内存0x7c00~ 0x7dff处,并检查扇区最后两2字节内容,如果为55AAH,则从0x7c00开始执行这段程序。

如果将一个好的软盘的磁头0对应的0柱面1扇区内含有一段(让显存)显示“Hello world”的机器指令,且将扇区最后2个字节的内容为55AAH。设置计算机开机时从软盘启动后就能够显示“Hello World”。

这就是这一段代码的基本原理

当然我们编写操作系统不可能用16进制去编写,这一段代码只是一个小的实验,为了像大家展示,这已经是一个可以使用的系统了。后面,我们将用更高级的语言编写操作系统。

其实就是汇编。。。。。
高级吧!。。。。。。

效果展示

用qemu加载cherryOS.img
命令行输入:

1
qemu-system-i386 -hdd cherryOS.img

如果你看到这个画面,就证明!!!
你的第一个操作系统实现了!!!!

hello world!
hello OS!

我们明天继续!

对了,鉴于这个源码手打起来很费劲,点击这里直接下载!哈哈哈哈!