模擬Linus Torvalds：從頭開始創建自己的操作系統（I）

首先，評論這是我的第一篇文章，希望大家都喜歡。

在本系列中，我們將模擬 Linus Torvalds的，我們將從0創建操作系統。在第一集中，我們將看到引導，並將在內核中的屏幕上顯示文本。

就我而言，操作系統稱為 下一個旅行。 一旦考慮操作系統，我們必須做出的第一個決定是引導加載程序是什麼？

這裡有多種變體，我們甚至可以自己創建一個。 但是在本教程中，我將使用 GRUB，因為大多數人或多或少地了解他。 我們創建一個文件夾，該文件夾將成為操作系統的根目錄，並在其中創建/ boot / grub文件夾

mkdir nextroot && cd nextroot

mkdir -p boot/grub

在這裡，我們創建grub.cfg文件，如下所示：

menuentry "NextDivel" {
echo "Booting NextDivel"
multiboot /next/START.ELF
boot
}


在此文件中，我們看到了 GRUB 在這種情況下，將在/next/START.ELF中加載我們的內核。 現在我們必須創建內核。

為此，我們將需要 GCC y GAS （項目的彙編程序 GNU，通常隨gcc一起提供）。 因此，我們將創建內核。

首先，我們創建一個名為kernel.asm的文件。 該文件將包含內核的起點，還將定義多重引導（某些引導加載程序的功能，例如 GRUB）。 kernel.asm的內容將是：

.text
.globl start
start:
jmp multiboot_entry
.align 4
multiboot_header:
.long 0x1BADB002
.long 0x00000003
.long -(0x1BADB002+0x00000003)
multiboot_entry:
movl $(stack + 0x4000), %esp
call NextKernel_Main
loop: hlt
jmp loop
.section ".bss"
.comm stack,0x4000

與multiboot相關的所有內容都只是遵循規範。 一切都將從開始開始，它將調用multiboot_entry，我們將在前4k中定義multiboot標頭，然後將其放入（使用movl）。

稍後我們調用NextKernel_Main，這是我們的內核C函數。 在循環中，我們暫停以停止計算機。 編譯為：

as -o kernel.o -c kernel.asm

現在，我們要開始使用C語言進行編程。您會認為，現在一切都變得輕而易舉， 的printf en 主 就是這樣，我們已經做到了。

好吧，因為 的printf y 主 它們是操作系統定義的功能，但我們正在創建它們！ 我們只能使用自己定義的功能。

在後面的章節中，我將不時討論如何放置我們自己的C庫（glibc，bionic，newlibc）。 我們已經討論過要在屏幕上放置文本，那麼我們將看到如何做。

有兩種選擇，一種是調用 的BIOS 另一個是直接管理屏幕內存。 我們要進行後者，因為從C可以更清楚地看到它，並且當我們進入保護模式時，它也將允許我們這樣做。

我們創建一個名為NextKernel_Main.c的文件，其內容如下：

int NextKernel_Main()
{
char *str = "NextDivel says Hello World", *ch;
unsigned short *vidmem = (unsigned short*) 0xb8000;
unsigned i;
for (ch = str, i = 0; *ch; ch++, i++)
vidmem[i] = (unsigned char) *ch | 0x0700;
return 0;
}

這樣我們就可以直接操縱記憶 的VGA 並逐個字符地編寫。 我們通過禁用stdlib進行編譯：
gcc -o NextKernel_Main.o -c NextKernel_Main.c -nostdlib -fPIC -ffreestanding

如果到目前為止，您現在想嘗試使用全新的操作系統，但是我們還沒有完成。 我們需要一個小文件來告訴編譯器文件中每個部分的位置。 這是通過鏈接描述文件完成的。 我們創建link.ld：

ENTRY(start)
SECTIONS
{
. = 0x00100000;
.multiboot_header :
{
*(.multiboot_header)
}
.text :
{
code = .; _code = .; __code = .;
*(.text)
. = ALIGN(4096);
}
.data :
{
data = .; _data = .; __data = .;
*(.data)
*(.rodata)
. = ALIGN(4096);
}
.bss :
{
bss = .; _bss = .; __bss = .;
*(.bss)
. = ALIGN(4096);
}
end = .; _end = .; __end = .;
}


這樣，我們定義了每個部分的位置以及在kernel.asm中定義的入口點start。 現在我們可以將所有這些混合在一起：

gcc -o START.ELF kernel.o NextKernel_Main.o -Tlink.ld -nostdlib -fPIC -ffreestanding -lgcc

現在，我們將START.ELF複製到模擬操作系統根目錄的文件夾中的/ next。 我們使用控制台轉到新操作系統的根文件夾，並驗證是否存在兩個文件：一個/boot/grub/grub.cfg和另一個/next/START.ELF。

我們轉到上層目錄，並使用GRUB調用一個ISO創建實用程序，名為 格魯夫·麥克里斯庫

grub-mkrescue -o nextdivel.iso nextroot

完成此操作後，我們將有一個 的ISO。 可以在計算機上打開此ISO x86 （也是64位）和虛擬機。 為了測試它，我將使用 QEMU。 我們稱之為 QEMU 從命令行：

qemu-system-i386 nextdivel.iso

將開始 海洋BIOS 後來我們將有 GRUB。 稍後，如果一切正確，我們將看到我們的短語。
您會認為這很困難，我回答，是的。

真正創建一個操作系統很困難，這裡的操作系統沒有任何用處。 在以後的章節中，我們將看到如何處理屏幕上的顏色，保留內存以及如果可以的話如何從鍵盤獲取數據。

如果有人不想在這裡複製所有內容，我在這裡有一個存儲庫 GitHub上 （更詳細）與操作系統 下一個旅行。 如果要編譯 下一個旅行 您只需要擁有git和cmake：

git clone https://github.com/AdrianArroyoCalle/next-divel
cd next-divel
mkdir build && cd build
cmake ..
make
make DESTDIR=next install
chmod +x iso.sh
./iso.sh
qemu-system-i386 nextdivel.iso


如果您有時間和願望來創建操作系統，我鼓勵您在NextDivel上進行協作。 也許甚至優於Linux……時間會證明一切。