为了学习操作系统原理我自己写了一个简单的操作系统，取名叫GrapeOS。 GrapeOS是一个x86多任务桌面操作系统，但非常简单，代码只有4千行。 下面我来简单介绍一下GrapeOS。 一、功能介绍 1.桌面 在桌面上可以通过鼠标双击“MyCompuer”来打开资源管理器。 2.资源管理器 资源管理器中显示的是磁盘根目录中的文件列表，可以通过鼠标右键菜单新建文件、重命名文件、删除文件、刷新文件列表。因为文件系统采用FAT16格式，所以文件名都是大写的。 3.打开应用程序 目前只写了“记事本”这一个应用程序，可以直接双击“NOTEPAD.EXE”这个文件打开记事本，也可以双击后缀名是“T...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 1.开发环境简介 为了减少开发过程中不必要的麻烦，希望大家的开发环境尽量与我的保持一致。我的开发环境如下：Windows10电脑一台VisualStudioCode（最好是最新版）VirtualBox6.0.24CentOS7.9.2009QEMU7.1.0 各软件的作用如下：VisualStudioCode用来编写GrapeOS代码。VirtualBox用来运行CentOS和GrapeOS。CentOS用来编译GrapeOS代码，并使用其它Linux下的工具协助开发。QEMU用来运行和调试GrapeOS。 2.开发环境安装 2.1安...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 在上一讲中我们已经安装配置了开发环境，在本讲中我们来测试一下开发环境是否正常。我们的测试流程如下：1.在VisualStudioCode中编写GrapeOS代码；2.在CentOS中编译GrapeOS代码；3.在QEMU中运行GrapeOS。注意：在本讲中涉及到的代码或操作如有不懂的地方暂时不用管，后面会讲。本讲只是为了测试开发环境是否正常，只要你能跟着做下来就行。下面我们来依次测试这3步流程。 1.在VisualStudioCode中编写GrapeOS代码 1.1在我们上讲中建立的共享文件夹中新建一个名为“grapeos-cou...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 按一下电脑上的电源按钮，电脑就启动了，不一会儿电脑屏幕上就出现了登录界面或直接进入了桌面。这是一个很日常的场景，但有时候会有个疑问：电脑内部是如何启动的？本讲我们就简单的介绍一下。因为本教程属于入门型，不考虑UEFI等比较新的技术，但不影响对操作系统基本原理的学习。电脑的启动过程在细节上是比较复杂的，但在大的过程上分为以下几个： 上电->BIOS->MBR(boot)->loader->kernel->交互界面（图形/命令行） 上面是一个比较经典的电脑启动过程，可以看到电脑启动过程类似接力赛，下面介绍...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 在大学计算机课程中会学到一个叫冯·诺依曼结构的东西，很多同学当时学的也不是很清楚，也就是记住冯·诺依曼结构中五个部分的名称，能应付考试。主要原因还是当时大家的计算机知识比较少，的确不好深入理解。计算机组成与运行原理和冯·诺依曼结构密切相关，今天我们就来回顾一下冯·诺依曼结构，也许能温故知新。1946年冯·诺依曼提出了计算机的三个基本原则： 计算机硬件由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 计算机采用二进制。 计算机采用“存储程序”模式。 以上三个基本原则虽然是七十多年前提出的，但现在的计算机仍然沿用这些原则...

由于GrapeOS目前只支持x86，所以本讲我们简单的介绍一下x86。 百度百科上是这样介绍的：x86泛指一系列基于Intel8086且向后兼容的中央处理器指令集架构。 中央处理器就是我们平时说的CPU，英文全称是CentralProcessingUnit。 有人可能对指令集不是很清楚。计算机的运行过程主要就是CPU执行各种指令的过程，某种CPU能执行的所有指令的集合就叫该种CPU的指令集。但光这么说感觉有点泛泛而谈。其实指令集就是CPU的语言，就像人类的语言，我们可以从横向和纵向分别对比一下。从横向来说，人类的语言有很多种，不同的人群说着不同的语言，但可以用不同的语言来描述同一件事情。同...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 在GrapeOS中会用到2种CPU模式，一种是实模式（realmode），另一种是保护模式（protectedmode）。在本教程中，保护模式特指32位保护模式。这两种模式最主要的不同点是对内存地址的访问方式不同，此外还有其它的不同点。这两者具体的不同之处我们会逐步介绍，本讲我们先来介绍一下实模式。 实模式也叫8086模式。其实几乎所有的x86汇编教程和书籍都会讲实模式，如果没有说是什么模式，一般都是实模式。在第二讲中已经提到学习本教程的前提条件之一是会x86汇编，所以看到本讲的朋友应该是会x86基本汇编的。也就是说大家应该是懂实模...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 汇编语法主要有两种：Intel语法和AT&T语法。由于大部分介绍x86汇编的书籍和资料用的都是Intel语法，毕竟x86就是Intel发明的，大家学过的x86汇编大概率也是Intel语法，所以GrapeOS的汇编也用Intel语法。 支持Intel语法的x86汇编器不止一种，常见的有MASM和NASM。MASM来自微软公司，只能在微软的操作系统Windows和MS-DOS上用。NASM是开源软件，支持多平台。GrapeOS选用NASM。 下面介绍一下NASM在Linux上的使用1.首次使用需要先安装 yuminstallna...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 前面我们介绍过电脑的启动过程： 上电->BIOS->MBR(boot)->loader->kernel->交互界面（图形/命令行） 本讲我们要介绍的是MBR（MasterBootRecord，主引导记录）。在电脑中对磁盘的读写是按扇区为基本单位的，一般每个扇区为512个字节。也就是说每读一次磁盘，读取的字节数是512字节的整数倍。同样每写一次磁盘，写入的字节数也是512字节的整数倍。MBR是磁盘的第一个扇区，又叫做主引导扇区，特点是最后2个字节的内容必须是0x55和0xAA。 下面我们来做几个实验来加...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 写程序不免需要调试，写不同的程序调试方式也不同。如果做应用软件开发，相应的程序调试方式是建立在有操作系统支持的基础上的。而我们现在是要开发操作系统，如何调试操作系统的程序呢？如果操作系统程序直接跑在真机上或虚拟机上（比如VirtualBox）是很难调试的，所以我们在开发阶段操作系统程序主要在虚拟机QEMU上跑，因为QEMU支持调试。当然很多事情都是有利也有弊的，QEMU虽然支持调试，但它的运行效率比VitrualBox要低，所以我们最终的GrapeOS程序是跑在VirtalBox上的。QEMU需要结合GDB才能实现调试，下面我们一起...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 前面铺垫了这么久，今天终于开始写程序了。本讲将介绍3个逐步深入但非常简单的程序，一方面是让大家熟悉开发流程，另一方面是顺便解决前面遇到的CPU占用率高的问题。 一、mbr1.asm回顾 mbr1.asm的代码之前我们介绍过，这里我们回顾一下代码和演示步骤。mbr1.asm代码如下： ;生成一个空的MBR times510db0;前510个字节全为0 db0x55,0xaa;最后两个字节是0x55和0xaa。 下面我们来演示： 1.启动并登录CentOS 在VirtualBox中启动CentOS虚拟机，并用PowerShell登录到...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 一、屏幕显示原理 电脑显示器屏幕是由很多很小的像素组成的。每个像素就像是一个小灯泡，在屏幕上一排一排的整齐排列着。只要能控制每个像素的颜色就能显示出各种各样的图形。如果近距离观察过会场或室外的大屏幕会有更直观的感受，这种大屏幕上每个像素就是一个小灯泡。屏幕显示原理大致可以如下表示： CPU（程序）->显卡（显存）->显示器（屏幕） 在程序的控制下，CPU将要显示的数据发送到显卡上的显存（显卡上的内存），显存中的数据和屏幕上的像素是有对应关系的，显卡会不断的从显存中取出数据发给显示器，显示器就会在屏幕上显示出对应的图形。...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 在上一讲中我们介绍了屏幕显示的原理，本讲我们来实战一下。 一、向屏幕输出一个字符mbr4.asm mbr4.asm中的代码如下： ;将屏幕第一行的第一个字符显示为‘G’。 movah,0x07;黑底白字 moval,'G';G的ASCII码是0x47，此时ax的值为0x0747。 movbx,0xb800 moves,bx mov[es:0],ax;文本模式显存地址从0xb8000开始。 stop:;标号 hlt jmpstop times510-($-$$)db0;将从上条指令结束到最后2个字节前的空余字节全部置为0。 db0...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 在上一讲中我们向屏幕打印字符串“GrapeOS”用了十几行汇编代码，如果要输出的字符比较多，这种方法太繁琐了。本讲我们将打印字符串封装成一个函数，使用时就方便多了。 一、mbr7.asm mbr7.asm代码如下： org0x7c00;如果没有该行将无法正确打印要显示的字符串。 ;初始化段寄存器。 movax,cs movds,ax;ds指向与cs相同的段。 movax,0xb800 moves,ax;本程序中es专用于指向显存段。 ;打印字符串："GrapeOSbootstart."。 movsi,boot_start_str...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 在QEMU中会默认输出一些字符，有时候会干扰我们自己输出的字符。一个比较好的办法是向将屏幕清空，再输出我们想要输出的字符。下面就来学习如何清空屏幕。 一、清空屏幕 其实清空屏幕的原理很简单，就是将屏幕写满空格就行了。下面来实战。mbr8.asm代码如下： ;定义常量（作用和C语言中的define一样） VIDEO_CHAR_MAX_COUNTequ2000;默认屏幕最多显示字符数。 org0x7c00 ;初始化段寄存器 movax,0xb800 moves,ax;本程序中es专用于指向显存段 ;清屏 callfunc_clea...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 一、外设和I/O接口 前面我们介绍过冯·诺依曼结构包含5部分，其中输入设备和输出设备统称为外部设备，简称外设。常见的外设有鼠标、键盘、显示器、硬盘等。由于外设种类多、差异大、速度慢等原因，导致CPU无法直接与外设沟通。于是在CPU和外设之间产生了“中间人”，这个“中间人”就是I/O接口。如下图： CPU与外设的信息交流都是通过I/O接口来间接实现的。比如我们前面向屏幕输出字符，并不是CPU直接将数据传递给屏幕，而是先传递给显卡，显卡再去操控屏幕。显卡就是一种I/O接口。后面我们将要学习如何读写硬盘，同样CPU无法直接读写硬盘，而是通...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 一、硬盘控制器 我们前面已经讲过硬盘控制器是一种I/O接口，CPU通过它就能间接的读写硬盘。硬盘控制器主要有IDE和SATA两种，我们这里只考虑IDE控制器。电脑里硬盘控制器有2个,一个叫主控制器，另一个叫从控制器。而每个硬盘控制器能连接两个硬盘，一个叫主盘，另一个叫从盘。所以一般一台电脑里最多能安装4个硬盘。 二、硬盘控制器端口 硬盘控制器上的端口很多，下表中只列出我们可能用到的。 I/O端口号 端口用途 端口位数 主控制器 从控制器 读取操作 写入操作 0x1f0 0x170 Data Data 16 0x1f...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 本讲我们设计一个简单的读硬盘实验。通过一定的方法使硬盘第二个扇区的前3个字节依次为1、2、3，最后3个字节依次为3、2、1，中间的506个字节全为0。然后通过读硬盘程序将硬盘第二个扇区的数据读取到内存0x7e00-0x7fff的地方，也就是内存中MBR之后的512个字节。最后通过QEMU+DGB调试的方式来查看内存中0x7e00-0x7fff的数据，是否与硬盘第二个扇区中的数据一致，如果一致说明读硬盘成功。本讲代码文件共2个： data1.asm boot1.asm 下面我们开始实验。 一、设置硬盘第二个扇区中的数据 data1...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 在上一讲中我们学习了用汇编语言读硬盘，本讲我们来学习用汇编语言写硬盘。同样也是设计一个简单的实验，实验内容为： 在内存中准备一段有特征的512字节数据，地址为0x7e000x7fff，其特征是前3个字节依次为4、5、6，最后3个字节依次为6、5、4。然后将该段内存数据写入到硬盘的第2个扇区，并查看虚拟硬盘第2个扇区的数据是否与内存中0x7e000x7fff的数据一致，如果一致则说明写硬盘成功。 本讲代码文件只有一个boot2.asm。boot2.asm代码如下： ;定义常量 DISK_BUFFERequ0x7e00;临时存放数据用...

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。 新买的硬盘和优盘在第一次使用时需要格式化，有时候还需要分区。这是为什么呢？分区和格式化到底是干啥呢？本讲将为大家解开这些疑惑。 一、文件系统 1.分区 首先说一下分区，我们平时看到的C盘、D盘等就是一个个分区。硬盘第一个扇区的一部分固定空间叫做分区表，划分分区就是在这个分区表中记录一下各分区的信息，包括各个分区从哪个扇区开始，到哪个扇区结束等。由于GrapeOS所用虚拟硬盘的空间大小只有4MB，没必要分区，所以我们在MBR中也没有填写分区表。 2.格式化 格式化是在某个分区上做的。如果一个盘没有做分区，那就将整个盘作为一个分区看待，...